ICRANet Newsletter

Новостная рассылка ICRANet
декабрь 2021 г. – январь 2022 г.

English - French - Italian - Russian

РЕЗЮМЕ
1. Глубокое обучение в поиске спектроскопического красного смещения квазаров.
2. 4-й международный симпозиум LeCosPA, онлайн, 29 ноября – 3 декабря 2021 г.
3. Антарктическое затмение и прохождения меридианов, онлайн-встреча, 4 декабря 2021 г.
4. Встреча Амати-фест, 6-7 декабря 2021 г.
5. Научные визиты в ICRANet
6. Последние публикации

1. Глубокое обучение в поиске спектроскопического красного смещения квазаров

Новая работа в соавторстве с учеными ICRANet опубликована MNRAS 19 января 2022 г.


Квазизвездные радиоисточники (квазары) представляют собой активные ядра галактик (АЯГ) высокой светимости. Существует широкий консенсус в отношении того, что квазары питаются газовым аккреционным диском вокруг сверхмассивной черной дыры (СМЧД) массой ~10⁶ - 10⁹ масс Солнца. Благодаря своей высокой светимости квазары наблюдались вплоть до красных смещений z ~ 8, когда Вселенная формировала свои первые структуры, т. е. в эпоху реионизации. Это делает квазары мощным инструментом для изучения космической истории и формирования структуры в ранней Вселенной и, в частности, для изучения физики, определяющей сверхмассивные чёрные дыры и окружающий их аккреционный диск, поскольку быстрый рост сверхмассивных чёрных дыр происходит на красных смещениях z = 5-10. Что касается их существования в широком диапазоне красных смещений , квазары, как стандартная космологическая свеча , также могут быть использованы для наложения дополнительных ограничений на космологические параметры.
С одной стороны, огромный объем данных астрофизических съемок делает процедуру визуального просмотра каждого спектра для классификации и определения красного смещения весьма трудоемкой. Например, каталог квазаров Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV) из выпуска данных 16 (DR16) расширенного спектроскопического обзора барионных колебаний ( eBOSS ) включает « надмножество » объектов , помеченных как квазары, содержащих 1440615 спектров.
С другой стороны, адаптированные автоматические методы, работающие на основе сравнения каждого спектра с набором данных спектров, обычно хуже, чем методы визуального контроля, в задачах классификации. Таким образом, реализация автоматизированных стратегий с точностью человека-эксперта имеет большое значение.


За последние несколько лет алгоритмы машинного обучения (ML) и глубокого обучения (DL) становятся все более популярными в астрономии и астрофизике. Они используют различные шаблоны распознавания и способны идентифицировать спектральные характеристики астрофизических объектов, такие как линии излучения/поглощения, спектральные изломы и корреляции потоков, а также выполнять классификацию и определение красного смещения с такой же точностью, как и визуальный осмотр.
С целью оценить красное смещение квазаров в каталоге Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV) из квазаров DR16 (DR16Q) eBOSS в широком диапазоне отношений сигнал-шум, группа исследователей, в которую входит ICRANet Ученые разработали новый инструмент FNet . FNet — это одномерная сверточная нейронная сеть (CNN) со структурой остаточной нейронной сети ( ResNet ). Эта сеть имеет 24 сверточных слоя и структуру ResNet с различными размерами ядра 500, 200 и 15, что позволяет обнаруживать « локальные» и « глобальные» паттерны, а также корреляции потоков на разной длине волны, в полная выборка спектров с помощью процедуры самообучения; см. рис. 1. Он достигает точности 97,0 % для разности скоростей для красного смещения, | Δ 𝜈 |< 6000 км/с и 98,0% для | Δ 𝜈 | <12000 км/с. Здесь Δ 𝜈 = c (Z-Z_VI)/(1+ZVI) — отличие скорости от красного смещения, c — скорость света, Z_VI — красное смещение от визуально проверенной выборки квазаров, а Z — предсказанное красное смещение.
В то время как QuasarNET , которая является стандартной CNN, принятой в процедуре SDSS и построенной из 4 сверточных слоев (без структуры ResNet ), с размерами ядра 10, для измерения красного смещения путем идентификации семи линий излучения (локальные паттерны), не может оценить красное смещение. ∼ 1,3% визуально проверенных квазаров в каталоге DR16Q, а для | Δ 𝜈 |< 6000 км/с и 97,9 % для | Δ 𝜈 |< 12000 км/с; см. рис. 2. FNet применим для более широкого диапазона спектров SDSS, особенно для тех, в которых отсутствуют четкие линии излучения, что необходимо для работы других стандартных методов. Эти свойства FNet вместе с быстрой предсказательной силой машинного обучения позволяют ему быть более точной альтернативой конвейерному оценщику красного смещения и могут сделать его практичным в будущих каталогах для уменьшения количества спектров для визуальной проверки.
Статья Ф. Растегара Ниа , М.Т. Миртораби , Р. Моради , А. Вафаеи, Садр , Ю. Ван «Глубокое обучение в поисках спектроскопического красного смещения квазаров» опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества 19 января 2022 года.
Ссылка на сайт: https://doi.org/10.1093/mnras/stac076

2. 4-й международный симпозиум LeCosPA, онлайн, 29 ноября – 3 декабря 2021 г.

С 29 ноября по 3 декабря 2021 года в Национальном Тайваньском университете (Тайвань) и онлайн прошел «4-й международный симпозиум LeCosPA « Единство физики — от плазменных вейкфилдов до черных дыр» . обсуждались, начиная от экстремального света, науки о сильном поле и плазменных вейкфилдов и заканчивая ранней и поздней Вселенной, астрофизикой частиц, черными дырами, гравитационными волнами и тестированием модифицированной гравитации, парадоксом потери информации и аналоговыми черными дырами.
2 декабря 2021 г. профессор Руффини, директор ICRANet, представил лекцию на тему «Какова роль извлечения вращательной энергии из черных дыр» , вот тезисы:
Мы продемонстрировали, что внутренний двигатель GRB и AGN производит высокоэнергетическое излучение синхротронным излучением электронов/протонов, которые ускоряются в окрестности вращающейся ЧД. Угловой момент керровской ЧД и окружающее магнитное поле определяют энергетику и характеристическую частоту излучения, а их относительное направление определяет, следует ли движение электронов вокруг силовых линий магнитного поля по правой или по левой спирали, а также угловой момент, унаследованный излучением.
Ссылка на презентацию профессора Руффини на YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=NaUJ7NqW3LQ

3. Антарктическое затмение и прохождения меридианов, онлайн-встреча, 4 декабря 2021 г.

Встреча «Антарктическое затмение и прохождения меридианов. Эксперименты небесной механики и астрофизики» был проведен виртуально 4 декабря 2021 года. Профессор Костантино Сигизмонди, сотрудник ICRANet и председатель мероприятия, также благодаря поддержке ICRANet и многих других ученых со всего мира организовал эту виртуальную встречу, а также подкасты, создав хороший повод для обсуждения между студентами и исследователями.
Полное солнечное затмение дало повод пересмотреть диаметр Солнца, а также его меры по сравнению с эфемеридами стандартного диаметра. Виртуальная встреча началась в 10:00 в субботу, 4 декабря, со вступительного слова профессора Сигизмонди и продолжилась некоторыми важными вкладами других соответствующих ученых в областях « Консультация эфемерид», «Затмение и время: измерение неопределенность и ее роль для затмения» , «Транзиты и сроки меридиана» , «Первые результаты обелиска – меридиана Святого Петра о транзите и солнечном диаметре» , «Вхождение Солнца в Скорпион и Стрельца в 2021 г. Святой Петр, с Солнцем и звездами (предварительные результаты и калибровка прибора) », а также «Затмение в Антарктиде и двойное затмение 810 года в письме Дунгала Карлу Великому ».

Рис. 4: Солнце в проекции на меридиан Святого Петра 24 ноября 2021 г.	Рис. 5: Гравюра кесарева сечения (1521 г.) Витрувия, De Architectura , Книга IX — глава VII, с предложением о легенде о Герберте и успокоении Августа	Рис. 6: Солнце на меридиане Святого Петра непосредственно перед меридианным затмением 26 ноября 2021 г.

Этот теоретический раздел был также интегрирован с материалами подкастов, подготовленными профессором Сигизмонди. Программу мероприятия и все соответствующие материалы подкастов можно найти по следующей ссылке:
http://www.icranet.org/index.php?option=com_content&task=view&id=1399
Запись встречи также можно найти на канале ICRANet в YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=fLfBehXC-H4&t=696s

4. Встреча Амати-фест, 6-7 декабря 2021 г.

По случаю празднования 50 - летия «Введение в черную дыру» профессора Ремо Руффини и профессора Джона А. Уилера, ICRANet организовала онлайн-встречу, чтобы лучше обсудить самые последние результаты по пониманию гамма-всплесков (GRB) и их «внутренних двигателей». В этой структуре особое внимание было уделено пониманию соотношения Амати.


Эта встреча проходила в штаб-квартире ICRANet в Пескаре (Италия) и онлайн с 6 по 7 декабря 2021 года, а также транслировалась по всему миру на канале ICRANet в YouTube. Встреча началась со вступительных слов профессора Ремо Руффини, директора ICRANet, и профессора Лоренцо Амати. Во время мероприятия выступили несколько приглашенных докладчиков, чтобы представить свои недавние результаты, а именно проф. Марко Тавани (президент INAF), проф. Нарек Саакян (директор офиса ICRANet в Армении), проф. Михаэль Крамер (директор Института Макса Планка шерсть Радиоастрономия ), проф. Хорхе Армандо Руэда Эрнандес (ICRANet, Университет Феррары), проф. Карло Лучано Бьянко (ICRA, ICRANet), проф. Грегори Верещагин (ICRANet), проф. Ше Шенг Сюэ (ICRANet), проф. Карлос Рауль Аргуэльес (ICRANet, CONICET, Национальный университет Ла-Платы), проф. Соруш Шакери (ICRANet, Исфаханский университет) технологии), профессор Пьеро Розати (Университет Феррары), профессор Размик Мирзоян (Институт физики им. Макса Планка), проф. Криштиану Гуидорци (Университет Феррары), профессор Массимо Делла Валле (ICRANet, INAF Osservatorio астрономический ди Каподимонте ), доктор Лука Иззо ( Osservatorio астрономический ди Каподимонте ), профессор Ифу Цай (Университет наук и технологий Китая), проф. Ефэй Юань (Университет наук и технологий Китая), проф. Мимоза Хафизи (Университет Тираны), проф. Клаус Ламмерцаль (ZARM Бременский университет), проф. Стефано Скопель ( CQUeST , Университет Соганга), проф. Симонетта Филиппи (ICRA, Университетский биомедицинский кампус Рима), проф. Кристиан Керубини (ICRA, Университетский биомедицинский кампус Рима), проф. Стефано Ансольди (Университет Удине), проф. Альдо Тревес (Университет Инсубрии ), проф . , Франческо Хаардт (Университет Инсубрии ), д-р Ана Пенаккьони (CONICET, Национальный университет Ла-Платы), д-р Лаура Марсела Бесерра Байона (ICRANet, Католический университет Чили), проф. Ван Ю (ICRANet), проф. Лян Ли (ICRANet). ), проф. Рахим Моради (ICRANet), д-р Ерлан Аймуратов (ICRANet, Астрофизический институт им . Фесенкова ), Dr Yunlong Чжэн (ICRANet, Китайский университет наук и технологий), Эдуар Антонио Бесерра Вергара (ICRANet), д-р Fatemeh Растегар Ниа (ICRANet, Университет Альзара) и д-р Сарех Эсламзаде Аскестани (Университет Мазандарана).
После этого выступления состоялось долгое обсуждение представленных данных и результатов между всеми учеными, у которых была возможность провести плодотворный обмен мнениями по этим важным темам. Заседание завершилось во вторник, 7 декабря, заключительным словом проф. Ремо Руффини и профессор Лоренцо Амати.

Рис. 8: Профессор Лоренцо Амати и профессор Ремо Руффини во время встречи Amati Fest.	Рис. 9: Слева направо: проф. Лука Иззо , проф. Хорхе Руэда , проф. Лоренцо Амати, проф. Ремо Руффини, проф. Рахим Моради , профессор Лян Лиа и профессор Ван Ю во время обсуждения в штаб-квартире ICRANet по случаю встречи Amati Fest.

5. Научные визиты в ICRANet

• Проф. Лоренцо Амати
  INAF - Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio
  6-7 декабря 2021 г.


• Проф. Хорхе Армандо Руэда Эрнандес
  ICRA, ICRANet и Университет Феррары
  6-7 декабря 2021 г.


• Проф. Лука Иззо
  Обсерватория Каподимонте – Италия
  6-7 декабря 2021 г.

Проф. Лоренцо Амати	Проф. Хорхе Армандо Руэда Эрнандес	Проф. Лука Иззо

Во время своего визита эти ученые имели возможность обсудить свои научные исследования и провести плодотворный обмен идеями с другими исследователями из ICRANet и из разных уголков мира. Они также приняли участие во встрече Amati fest, которая проходила в штаб-квартире ICRANet в Пескаре (Италия) и онлайн с 6 по 7 декабря 2021 года.

6. Последние публикации

J. A. Rueda and R. Ruffini, The quantum emission of an alive black hole, published in International Journal of Modern Physics D VOL. 30, NO. 14.
A long march of 50 years of successive theoretical progress and new physics discovered using observations of gamma-ray bursts has finally led to the formulation of an efficient mechanism able to extract the rotational energy of a Kerr black hole to power these most energetic astrophysical sources and active galactic nuclei. We here present the salient features of this long-sought mechanism, based on gravito-electrodynamics, and which represents an authentic shift of paradigm of black holes as forever "alive" astrophysical objects.
This essay is awarded third prize in the 2021 Essay Competition of the Gravity Research Foundation.
DOI: https://doi.org/10.1142/S0218271821410030


F. Rastegar Nia, M. T. Mirtorabi, R. Moradi, A. Vafaei Sadr, Y. Wang, Deep learning in searching the spectroscopic redshift of quasars, published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society on January 19, 2022.
Studying the cosmological sources at their cosmological rest-frames is crucial to track the cosmic history and properties of compact objects. In view of the increasing data volume of existing and upcoming telescopes/detectors, we here construct a 1–dimensional convolutional neural network (CNN) with a residual neural network (ResNet) structure to estimate the redshift of quasars in Sloan Digital Sky Survey IV (SDSS-IV) catalog from DR16 quasar-only (DR16Q) of eBOSS on a broad range of signal-to-noise ratios, named FNet. Owing to its 24 convolutional layers and the ResNet structure with different kernel sizes of 500, 200 and 15, FNet is able to discover the ‘local’ and ‘global’ patterns in the whole sample of spectra by a self-learning procedure. It reaches the accuracy of 97.0 per cent for the velocity difference for redshift, |Δν|<6000 km s⁻¹ and 98.0 per cent for |Δν|<12000 km s⁻¹. While QuasarNET, which is a standard CNN adopted in the SDSS routine and is constructed by 4 convolutional layers (no ResNet structure), with kernel sizes of 10, to measure the redshift via identifying seven emission lines (local patterns), fails in estimating redshift of ∼1.3 per cent of visually inspected quasars in DR16Q catalog, and it gives 97.8 per cent for |Δν|<6000 km s⁻¹ and 97.9 per cent for |Δν|<12000 km s⁻¹. Hence, FNet provides similar accuracy to QuasarNET, but it is applicable for a wider range of SDSS spectra, especially for those missing the clear emission lines exploited by QuasarNET. These properties of FNet, together with the fast predictive power of machine learning, allow FNet to be a more accurate alternative for the pipeline redshift estimator and can make it practical in the upcoming catalogs to reduce the number of spectra to visually inspect.
LINK: https://doi.org/10.1093/mnras/stac076


Davood Rafiei Karkevandi, Soroush Shakeri, Violetta Sagun, and Oleksii Ivanytskyi, Bosonic dark matter in neutron stars and its effect on gravitational wave signal, published in Phys. Rev. D 105, 023001 on January 3, 2022.
We study an impact of self-interacting bosonic dark matter (DM) on various observable properties of neutron stars (NSs). The analysis is performed for asymmetric DM with masses from few MeV to GeV, the self-coupling constant of order and various DM fractions. Allowing a mixture between DM and baryonic matter, the formation of a dense DM core or an extended dark halo has been explored. We find that both distribution regimes crucially depend on the mass and fraction of DM for sub-GeV boson masses in the strong coupling regime. From the combined analysis of the mass-radius relation and the tidal deformability of compact stars including bosonic DM, we set a stringent constraint on DM fraction. We conclude that observations of 2 M⊙ NSs together with Λ 1.4 ≤ 580 constraint, set by LIGO/Virgo Collaboration, favor sub-GeV DM particles with low fractions below ∼5%.
LINK: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.023001


Sareh Eslamzadeh, Javad T. Firouzjaee, Kourosh Nozari, Radiation from Einstein-Gauss-Bonnet de Sitter black hole via tunneling process, accepted for publication on EPJC on January 4, 2022.
In this paper, we probe in novel 4D Einstein-Gauss-Bonnet (EGB) black hole and its thermodynamics. We illustrate the three asymptotically 4D EGB spacetime as an asymptotically flat, de Sitter, and Anti-de Sitter. Also, we apply the tunneling of the massless particles from the event horizon of 4D EGB gravity and we investigate the correlation between the emission modes and temperature of the event horizon. In asymptotically flat spacetime, the existence of the coupling constant alone constructs the regular spacetime, the radiation deviates from the pure thermal, and the temperature of the black hole horizon would be finite in the final stage of the black hole evaporation. If we consider the 4D ds-EGB structure, then we will have three horizons in the specific mass range of the black hole. By carefully examining the temperature of the black hole and cosmological horizons with the tunneling of the massless particles from these horizons. As a result, the evolution of these temperatures is in direction of the remaining rest mass with the probably same temperature for black hole and cosmological horizon. In addition, the exciting result is that temperature behaviors exactly match with the temperature behaviors of a regular black hole in Lovelock gravity in a higher dimension. This confirms the bypassing of EGB in four dimensions of spacetime from the Lovelock gravity in higher dimensions.
LINK: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-09992-6


Yunis, Rafael; Argüelles, Carlos R.; Scóccola, Claudia G.; López Nacir, Diana; Giordano, Gastón, Self-Interacting Dark Matter in Cosmology: accurate numerical implementation and observational constraints, accepted for publication on JCAP (24 January 2022).
This paper presents a systematic and accurate treatment of the evolution of cosmological perturbations in self-interacting dark matter models, for particles which decoupled from the primordial plasma while relativistic. We provide a numerical implementation of the Boltzmann hierarchies developed in a previous paper [JCAP, 09 (2020) 041] in a publicly available Boltzmann code and show how it can be applied to realistic DM candidates such as sterile neutrinos either under resonant or non-resonant production mechanisms, and for different field mediators. At difference with traditional fluid approximations - also known as a c_eff − c_vis parametrizations- our approach follows the evolution of phase-space perturbations under elastic DM interactions for a wide range of interaction models, including the effects of late kinetic decoupling. Finally, we analyze the imprints left by different self interacting models on linear structure formation, which can be constrained using Lyman-α forest and satellite counts. We find new lower bounds on the particle mass that are less restrictive than previous constraints.
ArXiv: https://arxiv.org/abs/2108.02657


MAGIC collaboration, Search for Very High-energy Emission from the Millisecond Pulsar PSR J0218+4232, published in ApJ, Volume 922, Number 2 on December 3, 2021.
PSR J0218+4232 is one of the most energetic millisecond pulsars known and has long been considered as one of the best candidates for very high-energy (VHE; >100 GeV) γ-ray emission. Using 11.5 yr of Fermi Large Area Telescope (LAT) data between 100 MeV and 870 GeV, and ~90 hr of Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) observations in the 20 GeV to 20 TeV range, we searched for the highest energy γ-ray emission from PSR J0218+4232. Based on the analysis of the LAT data, we find evidence for pulsed emission above 25 GeV, but see no evidence for emission above 100 GeV (VHE) with MAGIC. We present the results of searches for γ-ray emission, along with theoretical modeling, to interpret the lack of VHE emission. We conclude that, based on the experimental observations and theoretical modeling, it will remain extremely challenging to detect VHE emission from PSR J0218+4232 with the current generation of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes, and maybe even with future ones, such as the Cherenkov Telescope Array.
LINK: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac20d7


MAGIC collaboration, Observation of the Gamma-Ray Binary HESS J0632+057 with the H.E.S.S., MAGIC, and VERITAS Telescopes, published in ApJ, Volume 923, Number 2 on December 24, 2021.
The results of gamma-ray observations of the binary system HESS J0632 + 057 collected during 450 hr over 15 yr, between 2004 and 2019, are presented. Data taken with the atmospheric Cherenkov telescopes H.E.S.S., MAGIC, and VERITAS at energies above 350 GeV were used together with observations at X-ray energies obtained with Swift-XRT, Chandra, XMM-Newton, NuSTAR, and Suzaku. Some of these observations were accompanied by measurements of the Hα emission line. A significant detection of the modulation of the very high-energy gamma-ray fluxes with a period of 316.7 ± 4.4 days is reported, consistent with the period of 317.3 ± 0.7 days obtained with a refined analysis of X-ray data. The analysis of data from four orbital cycles with dense observational coverage reveals short-timescale variability, with flux-decay timescales of less than 20 days at very high energies. Flux variations observed over a timescale of several years indicate orbit-to-orbit variability. The analysis confirms the previously reported correlation of X-ray and gamma-ray emission from the system at very high significance, but cannot find any correlation of optical Hα parameters with fluxes at X-ray or gamma-ray energies in simultaneous observations. The key finding is that the emission of HESS J0632 + 057 in the X-ray and gamma-ray energy bands is highly variable on different timescales. The ratio of gamma-ray to X-ray flux shows the equality or even dominance of the gamma-ray energy range. This wealth of new data is interpreted taking into account the insufficient knowledge of the ephemeris of the system, and discussed in the context of results reported on other gamma-ray binary systems.
LINK: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac29b7