2月28日，科技日報記者從齊魯工業大學國家超級計算濟南中心（以下簡稱濟南超算）了解到，該中心與齊魯師范學院組成的科研團隊借助500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）合作發現一顆新的毫秒脈沖星，并被命名為“PSR J1810-0622”。中國科學院國家天文臺FAST首席科學家李菂表示，該毫秒脈沖星自轉周期為4.55毫秒，根據銀河系電子密度模型估算，這顆脈沖星距離地球約678光年。
該項研究由濟南超算FAST聯合研究中心科研團隊在山河超級計算平臺上計算篩選，是國家天文臺-齊魯師范學院-濟南超算聯合研究團隊的首個重大成果，同時也是FAST基于山東省完全自有科研資源發現的首顆毫秒脈沖星。
十億年慢一秒，可媲美“地球上最好的鐘”
“脈沖星的旋轉特別穩定，可以做到十億年慢一秒，可以媲美地球上最好的鐘。有了時間，可以錨定很多基本的物理測量量，來研究宇宙的一系列基本的性質。”李菂說。
毫秒脈沖星，是自轉周期在 1—10毫秒范圍內的脈沖星，它僅能在微波或X射線的電磁波頻譜上被觀察到。
脈沖星被稱為20世紀60年代的四大發現之一，是一種快速旋轉的中子星，源于8—25倍太陽質量的恒星演化到末期經歷超新星爆發而形成。脈沖星中心的物質大約是一個太陽質量塌縮成中子星，其物質密度大約是水的密度千萬億倍。
齊魯師范學院物理與電子工程學院院長張潔向記者表示，脈沖星的輻射來自其強大磁場的極冠區，每當中子星極冠轉到地球視線方向，人類便看到其輻射信號。通過觀測脈沖星的輻射信號，可以探測銀河系中星際介質的分布和密度以及銀河系的磁場分布與強度。此外，科學家們也在探索將脈沖星用于建立標準時間系統、檢驗愛因斯坦廣義相對論和探測低頻引力波信號等。在不到20年的時間里，脈沖星領域在1974年與1993年接連兩次獲得“諾貝爾物理學獎”。
研究脈沖星，其廣義意義在于幫助拓展現代物理學理論研究，對空天信息和太空導航有重要的應用前景，但此次發現的脈沖星，還需科學家后續研究才能界定其科學意義。
在浩渺的宇宙中搜尋脈沖星并非易事。
專家表示，中國天眼FAST夜以繼日地巡視著浩瀚星空，每秒接收到的宇宙電磁信號數據規模約為1.6GB，一天的數據量高達144TB，而每年則新產生約20PB的數據量，脈沖星的微弱信號便隱藏其中。傳統搜尋方法要求科研人員首先需要對這些數據進行消色散、匹配濾波等處理后，生成脈沖星候選體數據結果圖，再通過肉眼辨識出隱藏在其中的真實脈沖星信號。而這樣的傳統搜尋算法存儲吞吐和計算規模很大，得到的候選體數量龐大，搜尋效率相對較低。
在國家超級計算濟南中心研究員郭猛看來，現在雖然有國外開發脈沖星候選體輔助預篩選軟件，但面對如此龐大數據量，這類軟件也難以實時生成脈沖星候選體，同時對算力需求的急劇增加。
“舉例來說，上述軟件利用最常見的粗淺搜尋方法處理單個觀測數據文件需要近幾十個小時；若要進行更精細搜索，那么所需時間將會成倍增加，且得到的候選體數量也有成千上萬個。”郭猛表示，如何有效地提高脈沖星數據篩選的速度和效率，使科研人員更快找到真正的脈沖星信號，極具挑戰性。
FAST每年搜尋近20PB數據，天文問題變成了計算問題
記者了解到，濟南超算科研團隊介入上述任務的關鍵一步，便是依托其卓越的計算和存儲能力，對符合脈沖星特征的數據進行優化提取。
“將現有的脈沖星候選體輔助預篩選軟件移植在我們的山河超級計算平臺上，進行算法改進和并行優化，充分利用多個處理器核心進行并行計算來提高篩選效率，通過數據并行的方式將不同計算節點上的數據進行并行讀取和處理，提高整體計算吞吐量。”郭猛表示，“新算法相比該軟件傳統算法提速22倍，大大提升了探測到脈沖星的效率。”
同時，該團隊還將目標識別、圖像分類等AI算法與天文射電信號處理知識相結合，通過對AI模型的一系列深度學習訓練，輔助篩選脈沖星候選體信息，大大降低依賴人眼大量識圖的數量。
據介紹，該團隊還創新性研究開發了FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺，并正在籌建國際領先的脈沖星數據庫。該篩圖平臺解決了FAST脈沖星及快速射電暴在線篩選、候選體認證的存儲和歸檔問題，實現了FAST信號圖在線篩選、候選體存儲、認證、歸檔管理。與傳統篩選流程相比，該平臺在web上即可登錄使用，增加了更多用戶交互，實現了多人篩選投票，提高了篩選正確率，降低了脈沖星的篩選流程繁瑣程度，且系統提供數據統計分析功能，無需人工再進行繁瑣的數據分析統計工作。
利用FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺，濟南超算對“中國天眼FAST多科學目標同時掃描巡天項目（CRAFTS）”脈沖星做認證的后隨格網觀測的約500TB存檔數據，利用AI算法對產生的海量圖片進行智能篩選，歷經一年的攻關，最終找到219個候選體，并在這些候選體中首個認證了這顆新脈沖星PSR J1810-0622。
“FAST一年的搜尋數據量可以達到10到20個PB，對這些數據進行有效處理已經從純粹的天文問題變成了計算機問題，更多地依賴計算和存儲能力以及算法的改進。”國家天文臺博士后張蕾說。要從如此海量的數據中篩選分析出脈沖星的痕跡，依賴的是高速計算系統。而濟南超算被譽為黃河流域“最強大腦”的美譽，它數據儲存量大、算力高，為千行百業提供強大的算力支撐作用。
2月28日，科技日報記者從齊魯工業大學國家超級計算濟南中心（以下簡稱濟南超算）了解到，該中心與齊魯師范學院組成的科研團隊借助500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）合作發現一顆新的毫秒脈沖星，并被命名為“PSR J1810-0622”。中國科學院國家天文臺FAST首席科學家李菂表示，該毫秒脈沖星自轉周期為4.55毫秒，根據銀河系電子密度模型估算，這顆脈沖星距離地球約678光年。
該項研究由濟南超算FAST聯合研究中心科研團隊在山河超級計算平臺上計算篩選，是國家天文臺-齊魯師范學院-濟南超算聯合研究團隊的首個重大成果，同時也是FAST基于山東省完全自有科研資源發現的首顆毫秒脈沖星。
十億年慢一秒，可媲美“地球上最好的鐘”
“脈沖星的旋轉特別穩定，可以做到十億年慢一秒，可以媲美地球上最好的鐘。有了時間，可以錨定很多基本的物理測量量，來研究宇宙的一系列基本的性質。”李菂說。
毫秒脈沖星，是自轉周期在 1—10毫秒范圍內的脈沖星，它僅能在微波或X射線的電磁波頻譜上被觀察到。
脈沖星被稱為20世紀60年代的四大發現之一，是一種快速旋轉的中子星，源于8—25倍太陽質量的恒星演化到末期經歷超新星爆發而形成。脈沖星中心的物質大約是一個太陽質量塌縮成中子星，其物質密度大約是水的密度千萬億倍。
齊魯師范學院物理與電子工程學院院長張潔向記者表示，脈沖星的輻射來自其強大磁場的極冠區，每當中子星極冠轉到地球視線方向，人類便看到其輻射信號。通過觀測脈沖星的輻射信號，可以探測銀河系中星際介質的分布和密度以及銀河系的磁場分布與強度。此外，科學家們也在探索將脈沖星用于建立標準時間系統、檢驗愛因斯坦廣義相對論和探測低頻引力波信號等。在不到20年的時間里，脈沖星領域在1974年與1993年接連兩次獲得“諾貝爾物理學獎”。
研究脈沖星，其廣義意義在于幫助拓展現代物理學理論研究，對空天信息和太空導航有重要的應用前景，但此次發現的脈沖星，還需科學家后續研究才能界定其科學意義。
在浩渺的宇宙中搜尋脈沖星并非易事。
專家表示，中國天眼FAST夜以繼日地巡視著浩瀚星空，每秒接收到的宇宙電磁信號數據規模約為1.6GB，一天的數據量高達144TB，而每年則新產生約20PB的數據量，脈沖星的微弱信號便隱藏其中。傳統搜尋方法要求科研人員首先需要對這些數據進行消色散、匹配濾波等處理后，生成脈沖星候選體數據結果圖，再通過肉眼辨識出隱藏在其中的真實脈沖星信號。而這樣的傳統搜尋算法存儲吞吐和計算規模很大，得到的候選體數量龐大，搜尋效率相對較低。
在國家超級計算濟南中心研究員郭猛看來，現在雖然有國外開發脈沖星候選體輔助預篩選軟件，但面對如此龐大數據量，這類軟件也難以實時生成脈沖星候選體，同時對算力需求的急劇增加。
“舉例來說，上述軟件利用最常見的粗淺搜尋方法處理單個觀測數據文件需要近幾十個小時；若要進行更精細搜索，那么所需時間將會成倍增加，且得到的候選體數量也有成千上萬個。”郭猛表示，如何有效地提高脈沖星數據篩選的速度和效率，使科研人員更快找到真正的脈沖星信號，極具挑戰性。
FAST每年搜尋近20PB數據，天文問題變成了計算問題
記者了解到，濟南超算科研團隊介入上述任務的關鍵一步，便是依托其卓越的計算和存儲能力，對符合脈沖星特征的數據進行優化提取。
“將現有的脈沖星候選體輔助預篩選軟件移植在我們的山河超級計算平臺上，進行算法改進和并行優化，充分利用多個處理器核心進行并行計算來提高篩選效率，通過數據并行的方式將不同計算節點上的數據進行并行讀取和處理，提高整體計算吞吐量。”郭猛表示，“新算法相比該軟件傳統算法提速22倍，大大提升了探測到脈沖星的效率。”
同時，該團隊還將目標識別、圖像分類等AI算法與天文射電信號處理知識相結合，通過對AI模型的一系列深度學習訓練，輔助篩選脈沖星候選體信息，大大降低依賴人眼大量識圖的數量。
據介紹，該團隊還創新性研究開發了FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺，并正在籌建國際領先的脈沖星數據庫。該篩圖平臺解決了FAST脈沖星及快速射電暴在線篩選、候選體認證的存儲和歸檔問題，實現了FAST信號圖在線篩選、候選體存儲、認證、歸檔管理。與傳統篩選流程相比，該平臺在web上即可登錄使用，增加了更多用戶交互，實現了多人篩選投票，提高了篩選正確率，降低了脈沖星的篩選流程繁瑣程度，且系統提供數據統計分析功能，無需人工再進行繁瑣的數據分析統計工作。
利用FAST脈沖星及快速射電暴篩圖平臺，濟南超算對“中國天眼FAST多科學目標同時掃描巡天項目（CRAFTS）”脈沖星做認證的后隨格網觀測的約500TB存檔數據，利用AI算法對產生的海量圖片進行智能篩選，歷經一年的攻關，最終找到219個候選體，并在這些候選體中首個認證了這顆新脈沖星PSR J1810-0622。
“FAST一年的搜尋數據量可以達到10到20個PB，對這些數據進行有效處理已經從純粹的天文問題變成了計算機問題，更多地依賴計算和存儲能力以及算法的改進。”國家天文臺博士后張蕾說。要從如此海量的數據中篩選分析出脈沖星的痕跡，依賴的是高速計算系統。而濟南超算被譽為黃河流域“最強大腦”的美譽，它數據儲存量大、算力高，為千行百業提供強大的算力支撐作用。
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