近日，中國科學院上海天文臺研究員安濤帶領的國際合作團隊，基于深度優化處理技術，對在瞬變天文現象的觀測中所使用的探測管線進行了改進。該研究使用WSClean軟件實現的w疊加算法，使管線的整體處理效率提高了三倍。研究進一步將優化的管線集成到Data Activated Liu Graph Engine（DALiuGE）中，使該瞬態探測管線能夠支持未來超級計算機上的大規模成像工作流，并使其成為射電望遠鏡——平方公里陣列（Square Kilometre Array，SKA）即將到來的數據洪流的解決方案。12月1日，相關研究成果發表在《皇家天文學會月刊》（MNRAS）上。
宇宙中的天體變化萬千。這些天體通常與極高能量的天體物理現象有關。這些對象為天文學家提供了從觀測和理論兩個角度深入研究高能宇宙的機會。較多不同的宇宙學距離的瞬態源已被發現，包括伽瑪射線暴和快速射電暴，使它們成為從早期宇宙直到宇宙再電離時期的宇宙探測器。盡管已有較多發現，但這一領域的研究仍然面臨挑戰。例如，如何有效地處理和分析大規模的天文觀測數據。傳統的探測管線處理效率低下，無法滿足大規模天文觀測的需求，因此提高管線處理效率、提高探測精度以及優化成像質量等成為需要進一步研究的關鍵問題。
針對提升探測管線處理效率、滿足大規模天文觀測的需求，該團隊使用WSClean軟件實現的w疊加算法，對原有的ASKAP Variables and Slow Transients（VAST）巡天的瞬態檢測管線進行了改進。在實施改進過程中，科學家面臨兩個主要挑戰。一是傳統的w投影算法雖然在處理天文圖像時效果良好，但在處理大規模數據時會顯著降低處理效率；二是由于天文圖像的復雜性，傳統算法生成的殘留圖像可能包含噪聲和偽影源，將影響檢測的精確性。
為了解決上述問題，該研究替換了原有的w投影算法，并采用了WSClean軟件實現的w疊加算法。這是新穎的處理方法，可提高處理效率，并可減少噪聲和偽影源，從而提高檢測精度和成像質量。此外，研究還將優化后的VAST檢測管線整合到專為SKA規模的大數據處理而設計的DALiuGE執行框架中，進一步提高了管線的性能和可擴展性（圖1）。
研究表明，開發高度自動化、可靠和快速的成像管線，對于處理來自未來巡天的海量數據至關重要。類似工作正在中國SKA區域中心開展。在近期的中澳天文聯合研究中心宇宙磁學研討會上，科學家為澳大利亞平方公里陣探路者（ASKAP）的偏振巡天（POSSUM）等天文巡天部署和優化了軟件。
上海天文臺高級工程師徐志駿表示，本次工作解決了天文學家在處理大規模天文觀測數據時面臨的問題——w疊加算法的使用不僅提高了瞬態探測管線的處理效率，而且提高了探測精度和成像質量，這為天文學家探究宇宙中的瞬態現象提供了重要的分析工具。
“此次成果不僅是技術上的突破，而且將為我們未來的科研工作打開新的可能。我們現在能夠更有效地處理和分析大規模的天文觀測數據，這意味著我們能夠探測到更多以前無法觀測到的天體，從而揭示更多關于宇宙的秘密。”安濤展望道，“這項工作的影響力超過了瞬態探測這一領域。優化的瞬態探測管線同樣能夠應用于其他ASKAP成像管線，為我們提供了一種實用的優化解決方案。未來，我們期望看到更多的科研團隊能夠利用這一技術，推動我們進一步了解宇宙。”
研究工作得到SKA暫現源專項和中國科學院青年創新促進會的支持。