Новый пайплайн на основе алгоритма Витерби ускорит поиск черных дыр планетарной массы
Ученые разработали новый метод поиска первичных черных дыр в диапазоне планетарных масс — объектов, которые могут быть кандидатами в темную материю. Проблема их обнаружения заключается в том, что сигналы гравитационных волн от двойных систем таких черных дыр длятся очень долго, что затрудняет их выделение на фоне шума.
В новой работе, опубликованной на arXiv, исследователи представили полностью автоматизированный пайплайн поиска, основанный на алгоритме Витерби — технологии динамического программирования, которая находит наиболее вероятную траекторию сигнала в рамках скрытой марковской модели. Для повышения эффективности команда ввела новое частотно-временное представление данных и процедуру изоляции кандидатов, отделяющую сигналы от фонового шума.
Оценка кандидатов проводится с помощью двух статистик обнаружения: n?, показывающей значимость мощности сигнала, и NMSE, оценивающей соответствие ожидаемой эволюции двойной системы. Метод проверен на реальных данных детектора LIGO (третий наблюдательный сеанс O3) с добавлением искусственных сигналов.
Результаты показали, что пайплайн способен обнаруживать большинство сигналов при фиксированном уровне ложных тревог 3%. Он покрывает галактические масштабы и достигает светимость-расстояний более 100 кпк в наиболее чувствительном диапазоне.
Дополнительно для каждого кандидата система оценивает его чирповую массу — параметр, ключевой для понимания природы объекта. Точность этой оценки остается высокой на всем доступном диапазоне, что позволит быстро характеризовать систему сразу после детектирования.
Разработка представляет собой важный шаг к практическому поиску черных дыр планетарной массы, которые до сих пор остаются гипотетическими. Дальнейшее применение метода на данных текущих и будущих гравитационно-волновых обсерваторий может либо подтвердить их существование, либо наложить новые ограничения на модели темной материи.
