Forscher entwickeln künstliche Intelligenz, die Galaxien erkennen und klassifizieren kann

Forscher an der UC Santa Cruz haben Morpheus entwickelt, ein Computerprogramm, das in der Lage ist, die Pixel in astronomischen Bildern zu analysieren. Es kann dann alle Galaxien und Sterne identifizieren und klassifizieren, die in großen Datenmengen aus astronomischen Umfragen existieren.

Was ist Morpheus

Morpheus ist ein Deep-Learning-Framework, das aus verschiedenen künstlichen Intelligenz-Technologien (KI) besteht. Die KI-Technologien konzentrieren sich auf bestimmte Anwendungen wie Bild- und Spracherkennung.

Brant Robertson ist Professor für Astronomie und Astrophysik. Er leitet die Forschungsgruppe für Computational Astrophysics an der UC Santa Cruz. Laut Robertson müssen bestimmte Aufgaben, die traditionell von Astronomen durchgeführt werden, automatisiert werden. Dies liegt daran, dass die Größe der astronomischen Datenmengen ständig zunimmt.

“Es gibt bestimmte Dinge, die wir einfach nicht als Menschen tun können, also müssen wir Wege finden, um Computer zu nutzen, um mit der enormen Menge an Daten umzugehen, die in den nächsten Jahren von großen astronomischen Umfragen kommen wird”, sagte er.

Ryan Hausen ist ein Doktorand in Informatik an der Baskin School of Engineering der UCSC. Er arbeitete über zwei Jahre mit Anderson an Morpheus zusammen.

Ihre Ergebnisse wurden am 12. Mai in der Astrophysical Journal Supplement Series veröffentlicht. Der Morpheus-Code wird auch der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und es werden Online-Demonstrationen geben.

Morphologien von Galaxien

Astronomen können durch die Beobachtung der Morphologien von Galaxien lernen, wie Galaxien sich im Laufe der Zeit bilden und entwickeln.

Es gibt einige große Umfragen, die stattfinden werden und enorme Mengen an Bildern generieren werden, die verwendet werden können. Eine dieser Umfragen ist die Legacy Survey of Space and Time (LSST), die am Vera-Rubin-Observatorium in Chile durchgeführt wird.

Robertson arbeitet aktiv daran, die Daten zu nutzen, um die Bildung und Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen.

Wenn die LSST durchgeführt wird, wird sie über 800 Panorama-Bilder pro Nacht mit einer 3,2 Milliarden Pixel-Kamera aufnehmen. Zwei Mal pro Woche wird die LSST auch den gesamten sichtbaren Himmel aufzeichnen.

“Stellen Sie sich vor, Sie gehen zu Astronomen und bitten sie, Milliarden von Objekten zu klassifizieren – wie könnten sie das possibly tun? Jetzt werden wir in der Lage sein, diese Objekte automatisch zu klassifizieren und diese Informationen zu nutzen, um über die Evolution von Galaxien zu lernen”, sagte Robertson.

Deep-Learning-Technologie für Galaxien

Deep-Learning-Technologie wurde von einigen Astronomen verwendet, um Galaxien zu klassifizieren, aber sie erfordert normalerweise, dass bestehende Bilderkennungsalgorithmen angepasst werden. Die Algorithmen werden traditionell mit kuratierten Bildern von Galaxien gefüttert.

Morpheus wurde speziell für astronomische Bildaten entwickelt. Es verwendet die ursprünglichen Bildaten, die im Standard-Digitalformat verwendet werden, das von Astronomen verwendet wird.

Laut Robertson ist einer der Hauptpunkte von Morpheus die Klassifizierung auf Pixelebene.

“Andere Modelle müssen wissen, dass etwas existiert und füttern das Modell mit einem Bild, und es klassifiziert die gesamte Galaxie auf einmal”, sagte er. “Morpheus entdeckt die Galaxien für Sie und tut dies pixelweise, so dass es sehr komplexe Bilder verarbeiten kann, bei denen Sie vielleicht ein sphärisches Objekt neben einem Scheibenobjekt haben. Für eine Scheibe mit einem zentralen Bulge klassifiziert es den Bulge separat. Es ist also sehr leistungsfähig.”

Die Forscher nutzten Informationen aus einer Studie von 2015, um den Deep-Learning-Algorithmus zu trainieren. Die Studie sammelte Daten und klassifizierte etwa 10.000 Galaxien in Bildern des Hubble-Weltraumteleskops aus der CANDELS-Umfrage. Morpheus wurde dann auf Bilddaten aus den Hubble Legacy Fields angewendet.

Nach der Verarbeitung eines Bildes eines Teils des Himmels generiert Morpheus ein neues Satz von Bildern desselben Bereichs und kodiert alle Objekte basierend auf ihrer Morphologie. Astronomische Objekte werden vom Hintergrund getrennt und es identifiziert Sterne und verschiedene Arten von Galaxien. Das Programm läuft auf dem Lux-Supercomputer der USCS, wo eine pixelweise Analyse der gesamten Datenmenge schnell generiert wird.

“Morpheus bietet Erkennung und morphologische Klassifizierung von astronomischen Objekten auf einem Level von Granularität, das derzeit nicht existiert”, sagte Hausen.

Die Arbeit, die von den Forschern durchgeführt wurde, wurde von der NASA und der National Science Foundation unterstützt.