Pesquisadores Desenvolvem IA Capaz de Detectar e Classificar Galáxias

Pesquisadores da UC Santa Cruz desenvolveram Morpheus, um programa de computador capaz de analisar os pixels em dados de imagens astronômicas. Ele pode então identificar e classificar todas as galáxias e estrelas que existem em grandes conjuntos de dados que vêm de pesquisas astronômicas. 

O que é Morpheus 

Morpheus é uma estrutura de aprendizado profundo que consiste em várias tecnologias de inteligência artificial (IA) diferentes. As tecnologias de IA se concentram em certas aplicações, como reconhecimento de imagens e voz.

Brant Robertson é professor de astronomia e astrofísica. Ele é responsável pelo Grupo de Pesquisa de Astrofísica Computacional da UC Santa Cruz. De acordo com Robertson, certas tarefas que tradicionalmente eram feitas por astrônomos precisam ser automatizadas. Isso ocorre porque os tamanhos dos conjuntos de dados de astronomia estão constantemente aumentando. 

“Há algumas coisas que simplesmente não podemos fazer como humanos, então precisamos encontrar maneiras de usar computadores para lidar com a enorme quantidade de dados que virá nos próximos anos de grandes projetos de pesquisas astronômicas,” disse ele.

Ryan Hausen é um estudante de pós-graduação em ciência da computação na Escola de Engenharia Baskin da UCSC. Ele colaborou com Anderson nos últimos dois anos no desenvolvimento de Morpheus.

Os resultados foram publicados em 12 de maio na Astrophysical Journal Supplement Series. O código Morpheus também será liberado ao público e haverá demonstrações online. 

Morfologias de Galáxias

Os astrônomos podem aprender como as galáxias se formam e evoluem ao longo do tempo observando as morfologias das galáxias. 

Há algumas pesquisas em grande escala que estão programadas para ocorrer, que gerarão enormes quantidades de dados de imagens que podem ser usados. Uma dessas pesquisas é a Pesquisa de Legado do Espaço e do Tempo (LSST), e será realizada no Observatório Vera Rubin, no Chile. 

Robertson tem trabalhado ativamente em maneiras de usar os dados para melhor entender a formação e evolução das galáxias. 

Quando a LSST for realizada, ela tirará mais de 800 imagens panorâmicas por noite com uma câmera de 3,2 bilhões de pixels. Duas vezes por semana, a LSST também registrará o céu visível inteiro. 

“Imagine se você fosse a astrônomos e pedisse que eles classificassem bilhões de objetos – como eles poderiam fazer isso? Agora seremos capazes de classificar automaticamente esses objetos e usar essas informações para aprender sobre a evolução das galáxias,” disse Robertson.

Tecnologia de Aprendizado Profundo para Galáxias

A tecnologia de aprendizado profundo tem sido usada por alguns astrônomos para classificar galáxias, mas geralmente requer que os algoritmos de reconhecimento de imagens existentes sejam adaptados. Os algoritmos são tradicionalmente alimentados com imagens curadas de galáxias.

Morpheus foi desenvolvido especificamente para dados de imagens astronômicas. Ele usa os dados de imagem originais, que estão no formato digital padrão usado por astrônomos. 

De acordo com Robertson, um dos principais pontos de Morpheus é a classificação em nível de pixel.

“Com outros modelos, você precisa saber que algo está lá e alimentar o modelo com uma imagem, e ele classifica a galáxia inteira de uma vez,” disse ele. “Morpheus descobre as galáxias para você, e o faz pixel a pixel, então pode lidar com imagens muito complicadas, onde você pode ter uma esferoidal ao lado de um disco. Para um disco com um bulbo central, ele classifica o bulbo separadamente. Então é muito poderoso.”

Os pesquisadores utilizaram informações de um estudo de 2015 para treinar o algoritmo de aprendizado profundo. O estudo coletou dados e classificou cerca de 10.000 galáxias em imagens do Telescópio Espacial Hubble da pesquisa CANDELS. Morpheus foi então aplicado a dados de imagem dos Campos Legados do Hubble.

Depois de processar uma imagem de uma parte do céu, Morpheus gera um novo conjunto de imagens da mesma área, e codifica as cores de todos os objetos com base em sua morfologia. Os objetos astronômicos são separados do fundo, e ele identifica estrelas e diferentes tipos de galáxias. O programa é executado no supercomputador lux da UCSC, onde uma análise pixel a pixel para todo o conjunto de dados é rapidamente gerada. 

“Morpheus fornece detecção e classificação morfológica de objetos astronômicos em um nível de granularidade que não existe atualmente,” disse Hausen.

O trabalho realizado pelos pesquisadores foi apoiado pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciência.