Naukowcy opracowali sztuczną inteligencję zdolną do wykrywania i klasyfikowania galaktyk

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz opracowali Morpheus, program komputerowy, który jest w stanie analizować piksele w danych obrazowych z astronomii. Może następnie identyfikować i klasyfikować wszystkie galaktyki i gwiazdy, które istnieją w dużych zbiorach danych pochodzących z badań astronomicznych.

Czym jest Morpheus

Morpheus jest ramą głębokiego uczenia się, składającą się z różnych technologii sztucznej inteligencji. Technologie te koncentrują się na określonych aplikacjach, takich jak rozpoznawanie obrazów i mowy.

Brant Robertson jest profesorem astronomii i astrofizyki. Kieruje Grupą Badań Astrofizyki Komputerowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz. Według Robertsona, pewne zadania, które tradycyjnie wykonywali astronomowie, muszą być zautomatyzowane. Jest to spowodowane tym, że rozmiary zbiorów danych astronomicznych są stale zwiększane.

“Istnieją pewne rzeczy, których po prostu nie możemy zrobić jako ludzie, więc musimy znaleźć sposoby, aby użyć komputerów do radzenia sobie z ogromną ilością danych, które będą napływać w ciągu najbliższych kilku lat z dużych projektów badań astronomicznych”, powiedział.

Ryan Hausen jest studentem studiów magisterskich w dziedzinie informatyki w Szkole Inżynierii Baskin na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz. Współpracował z Andersonem przy Morpheusie przez ostatnie dwa lata.

Ich wyniki zostały opublikowane 12 maja w Astrophysical Journal Supplement Series. Kod Morpheus również zostanie udostępniony publicznie, a będą dostępne demonstracje online.

Morfologie galaktyk

Astronomowie mogą dowiedzieć się, jak galaktyki powstają i ewoluują w czasie, obserwując ich morfologie.

Istnieją pewne duże badania, które będą prowadzone i które wygenerują ogromne ilości danych obrazowych, które można wykorzystać. Jednym z tych badań jest Legacy Survey of Space and Time (LSST), które będą prowadzone w Obserwatorium Vera Rubin w Chile.

Robertson aktywnie pracuje nad sposobami wykorzystania danych do lepszego zrozumienia powstawania i ewolucji galaktyk.

Podczas gdy LSST będzie prowadzone, będzie robić ponad 800 panoramicznych zdjęć nocnego nieba każdej nocy przy użyciu kamery o rozdzielczości 3,2 miliarda pikseli. Dwa razy w tygodniu LSST również będzie rejestrował całe widoczne niebo.

“Wyobraź sobie, że idziesz do astronomów i prosisz ich o sklasyfikowanie miliardów obiektów – jak mogliby to zrobić? Teraz będziemy w stanie automatycznie klasyfikować te obiekty i wykorzystywać te informacje do nauki o ewolucji galaktyk”, powiedział Robertson.

Technologia głębokiego uczenia się dla galaktyk

Technologia głębokiego uczenia się była wykorzystywana przez niektórych astronomów do klasyfikacji galaktyk, ale zwykle wymaga adaptacji istniejących algorytmów rozpoznawania obrazów. Algorytmy te tradycyjnie są karmione wyselekcjonowanymi obrazami galaktyk.

Morpheus został opracowany specjalnie dla danych obrazowych z astronomii. Wykorzystuje oryginalne dane obrazowe, które są w standardowym formacie cyfrowym używanym przez astronomów.

Według Robertsona, jednym z głównych punktów Morpheus jest klasyfikacja na poziomie pikseli.

“Z innymi modelami musisz wiedzieć, że coś jest tam i karmić model obrazem, a on klasyfikuje całą galaktykę na raz”, powiedział. “Morpheus odkrywa galaktyki dla ciebie i robi to piksel po pikselu, więc może radzić sobie z bardzo skomplikowanymi obrazami, gdzie możesz mieć sferoidalną obok dysku. Dla dysku z centralnym bulge klasyfikuje bulge oddzielnie. Więc jest to bardzo potężne”.

Naukowcy wykorzystali informacje z badania z 2015 roku, aby przeszkolić algorytm głębokiego uczenia się. Badanie to zebrane dane i sklasyfikowało około 10 000 galaktyk w obrazach z Teleskopu Kosmicznego Hubble’a z badania CANDELS. Morpheus został następnie zastosowany do danych obrazowych z Hubble Legacy Fields.

Po przetworzeniu obrazu części nieba Morpheus generuje nowy zestaw obrazów tego samego obszaru i koloruje wszystkie obiekty na podstawie ich morfologii. Obiekty astronomiczne są oddzielone od tła, a program identyfikuje gwiazdy i różne typy galaktyk. Program działa na superkomputerze USCS lux, gdzie analiza piksel po pikselu całego zestawu danych jest szybko generowana.

“Morpheus zapewnia wykrywanie i klasyfikację morfologiczną obiektów astronomicznych na poziomie szczegółowości, który nie istnieje obecnie”, powiedział Hausen.

Praca wykonana przez naukowców została wsparta przez NASA i Narodową Fundację Nauki.