21 世紀は、観測電波天文学に新たなランドマークをもたらしました。現在、天文学者は、さまざまな宇宙規模で、多数の宇宙源からの電波信号を検出することができます。複数の検出により、周期的な電波脈動の大部分は、天の川にある電波パルサーとして知られる多数の急速に回転する中性子星から発生することが示されていますが、はるかに明るい単一パルスは、ほとんど研究されていない、はるかに遠くの高速電波バーストに起因すると考えられています.
これらのパルスの起源と特性を把握するために、天文学者は途方もない時間と周波数の解像度を持つ望遠鏡を必要とします。これらを達成するために、現在の最新の無線測量は、グラフィック プロセッシング ユニット (GPU) を備えた大規模なスーパーコンピューターでリアルタイムで動作するため、膨大なデータ レートと計算能力を利用しています。その中には、オランダの Westerbork Synthesis Radio Telescope の 12 の等距離皿を組み合わせた新しいリアルタイム Apertif サーベイがあります (図 1)。 12 枚のディッシュすべてに高解像度カメラが搭載されており、月の 40 倍の大きさに相当する非常に広い視野を提供します。生成されるデータ量には、オランダのインターネット トラフィックの合計よりも高速なデータ受信速度を持つ Top500 候補の ARTS スーパーコンピューターが必要です。
すべてのラジオ調査と同様に、Apertif は新しいラジオ フラッシュの検索に限界があります。空の観測領域、望遠鏡の感度、スペクトル分解能、ノイズ閾値 - これらすべての要因によって、調査が新しいパルスを検出するのにどの程度成功するかが決まります。このような制限内で、すべての望遠鏡が最大の検索能力でリアルタイム観測を実行できるように、グラフィカル プロセッサに計算リソースを最適に配分する必要があります (図 2)。このような計算リソースの最適な構成を見つける従来の方法は、望遠鏡がアップグレードされるたびに自動調整を実行することです。考えられるすべての構成の完全なスキャンは、ブルート フォース検索と呼ばれます。データ処理には、相互に依存するいくつかの後続操作が含まれます。すべての操作のすべての可能な構成をブルートフォースと一緒に調査するには、1000億年以上かかります!したがって、ブルート フォースは 1 回の操作でしか構成を最適化できませんが、それでも 10 時間から 1 日かかる場合があります。
私たちの論文 (arXiv プレプリントはこちら) で提案されている代替のヒューリスティックなアプローチでは、既に効率的な構成を調査して改善することのみが可能であり、それによって検索時間が大幅に (少なくとも 5 倍) 短縮され、望遠鏡の迅速なアップグレードが可能になります。さらに、すべての操作を一度に最適化するため、個別の操作間の相互作用も考慮に入れ、以前に取得したものに基づいて不可能な構成を禁止します。この新しいアプローチは、より良い構成を生成するために、適切な構成を選択して互いに混合する一種の最適化である遺伝的アルゴリズムを適用します。 「良さ」の尺度は、この場合のデータ処理時間であるフィットネス関数に対応します。最終的に、最適な構成のみが選択されます (図 3)。
遺伝的アルゴリズムは、常に最初の優れたソリューションを改善し、同時にパラメーター空間の残りを探索します。これは、徹底的な他の局所最適化 (勾配降下法など) 検索よりも大きな利点です。また、大規模な計算を行わずに、多次元パラメーター空間で適切な解をすばやく取得したい場合にも最適です。最後に、ヒューリスティックはプラットフォームに依存しないため、いつでも大規模な調査に移行できます。
