Výzkumníci vyvinuli umělou inteligenci schopnou detekovat a klasifikovat galaxie

Výzkumníci z UC Santa Cruz vyvinuli Morpheus, počítačový program, který je schopen analyzovat pixely v astronomických obrazových datech. Může poté identifikovat a klasifikovat všechny galaxie a hvězdy, které existují v velkých datech, pocházejících z astronomických průzkumů.

Co je Morpheus

Morpheus je rámec hlubokého učení, který se skládá z různých umělých inteligencí. Tyto technologie se zaměřují na konkrétní aplikace, jako je rozpoznávání obrazů a řeči.

Brant Robertson je profesor astronomie a astrofyziky. Je vedoucím výzkumné skupiny Computational Astrophysics Research Group na UC Santa Cruz. Podle Robertssona je třeba automatizovat některé úkoly, které tradičně prováděli astronomové. To je způsobeno tím, že velikosti astronomických datových souborů neustále rostou.

“Existují některé věci, které prostě nemůžeme udělat jako lidé, takže musíme najít způsoby, jak použít počítače k řešení obrovského množství dat, které budou přicházet v příštích letech z velkých astronomických průzkumů,” řekl.

Ryan Hausen je student počítačových věd na Baskin School of Engineering na UCSC. Spolupracoval na Morpheusu s Andersonem během posledních dvou let.

Jejich výsledky byly zveřejněny 12. května v Astrophysical Journal Supplement Series. Kód Morpheus bude také zveřejněn veřejnosti a budou k dispozici online demonstrace.

Morfologie galaxií

Astronomové se mohou dozvědět, jak galaxie vznikají a vyvíjejí se v čase, pozorováním morfologie galaxií.

Existují některé velké průzkumy, které se chystají a které vygenerují obrovské množství obrazových dat, která lze použít. Jedním z těchto průzkumů je Legacy Survey of Space and Time (LSST), a bude proveden na observatoři Vera Rubin v Chile.

Robertson aktivně pracuje na způsobech, jak použít data k lepšímu pochopení vzniku a vývoje galaxií.

Během LSST bude každou noc pořízeno přes 800 panoramatických obrazů s kamerou o 3,2 miliardách pixelů. Dvakrát týdně bude LSST také zaznamenávat celou viditelnou oblohu.

“Představte si, že byste šli k astronomům a požádali je, aby klasifikovali miliardy objektů – jak by to mohli udělat? Nyní budeme moci automaticky klasifikovat tyto objekty a použít tyto informace k pochopení evoluce galaxií,” řekl Robertson.

Technologie hlubokého učení pro galaxie

Technologie hlubokého učení byla použita některými astronomy ke klasifikaci galaxií, ale obvykle vyžaduje adaptaci existujících algoritmů pro rozpoznávání obrazů. Tyto algoritmy jsou tradičně krmeny kurátorskými obrazy galaxií.

Morpheus byl vyvinut speciálně pro astronomická obrazová data. Používá původní obrazová data, která jsou ve standardním digitálním formátu používaném astronomy.

Podle Robertssona je jedním z hlavních bodů Morpheus klasifikace na úrovni pixelů.

“S jinými modely musíte vědět, že něco tam je, a pak musíte krmit model obrazem, a ten klasifikuje celou galaxii najednou,” řekl. “Morpheus objeví galaxie pro vás, a dělá to pixel po pixelu, takže může zvládnout velmi složité obrazy, kde můžete mít sféroid vedle disku. Pro disk s centrálním bulgem klasifikuje bulgem zvlášť. Takže je to velmi silný.”

Výzkumníci využili informace ze studie z roku 2015 k trénování algoritmu hlubokého učení. Studie shromáždila data a klasifikovala kolem 10 000 galaxií v obrazech z Hubbleova vesmírného dalekohledu z průzkumu CANDELS. Morpheus byl poté aplikován na obrazová data z Hubble Legacy Fields.

Po zpracování obrazu části oblohy Morpheus generuje novou sadu obrazů stejné oblasti, a barevně kóduje všechny objekty podle jejich morfologie. Astronomické objekty jsou odděleny od pozadí, a identifikuje hvězdy a různé typy galaxií. Program běží na superpočítači USCS, kde je generována pixelová analýza celého datového souboru velmi rychle.

“Morpheus poskytuje detekci a morfologickou klasifikaci astronomických objektů na úrovni jemnosti, která dosud neexistuje,” řekl Hausen.

Práce dokončená výzkumníky byla podporována NASA a Národní vědeckou nadací.