Исследователи разработали ИИ, способный обнаруживать и классифицировать галактики

Исследователи в Университете Калифорнии в Санта-Крузе разработали Морфеус, компьютерную программу, способную анализировать пиксели в астрономических изображениях. Затем она может идентифицировать и классифицировать все галактики и звезды, существующие в больших наборах данных, полученных из астрономических обзоров.

Что такое Морфеус

Морфеус – это глубокий обучающий каркас, состоящий из различных искусственных интеллектов (ИИ). ИИ-технологии фокусируются на определенных приложениях, таких как распознавание изображений и речи.

Брант Робертсон – профессор астрономии и астрофизики. Он возглавляет группу исследований вычислительной астрофизики в Университете Калифорнии в Санта-Крузе. Согласно Робертсону, определенные задачи, которые традиционно выполнялись астрономами, необходимо автоматизировать. Это связано с тем, что размеры наборов астрономических данных постоянно увеличиваются.

“Есть вещи, которые мы просто не можем сделать как люди, поэтому нам нужно найти способы использовать компьютеры для работы с огромным количеством данных, которое будет поступать в течение следующих нескольких лет из крупных астрономических обзоров”, – сказал он.

Райан Хаусен – аспирант компьютерных наук в Школе инженерии Баскина в УКСК. Он сотрудничал с Андерсоном над Морфеусом в течение последних двух лет.

Их результаты были опубликованы 12 мая в журнале Astrophysical Journal Supplement Series. Код Морфеуса также будет выпущен для общественности, и будут проведены онлайн-демонстрации.

Морфологии галактик

Астрономы могут узнать, как галактики образуются и эволюционируют во времени, наблюдая за морфологиями галактик.

Планируются крупномасштабные обзоры, которые будут генерировать огромные объемы изображений, которые можно использовать. Одним из таких обзоров является Обзор наследия пространства и времени (LSST), который будет проведен в обсерватории Вера Рубин в Чили.

Робертсон активно работает над использованием данных для лучшего понимания формирования и эволюции галактик.

Когда будет проведен LSST, он будет делать более 800 панорамных изображений каждую ночь с помощью камеры с 3,2 миллиардами пикселей. Два раза в неделю LSST также будет записывать весь видимый небо.

“Представьте, если вы обратитесь к астрономам и попросите их классифицировать миллиарды объектов – как они могли бы это сделать? Теперь мы сможем автоматически классифицировать эти объекты и использовать эту информацию, чтобы узнать об эволюции галактик”, – сказал Робертсон.

Технология глубокого обучения для галактик

Технология глубокого обучения использовалась некоторыми астрономами для классификации галактик, но обычно она требует адаптации существующих алгоритмов распознавания изображений. Алгоритмы традиционно получают отфильтрованные изображения галактик.

Морфеус был разработан специально для астрономических изображений. Он использует исходные изображения, которые находятся в стандартном цифровом формате, используемом астрономами.

Согласно Робертсону, одним из основных моментов Морфеуса является классификация на уровне пикселей.

“С другими моделями вам необходимо знать, что что-то существует, и подать модель изображению, и она классифицирует всю галактику сразу”, – сказал он. “Морфеус обнаруживает галактики для вас и делает это пиксель за пикселем, поэтому он может справиться с очень сложными изображениями, где у вас может быть сфероид рядом с диском. Для диска с центральным бугром он классифицирует бугор отдельно. Итак, это очень мощно”.

Исследователи использовали информацию из исследования 2015 года для обучения алгоритма глубокого обучения. Исследование собрало данные и классифицировало около 10 000 галактик на изображениях телескопа Хаббла из обзора CANDELS. Затем Морфеус был применен к изображениям из полей наследия Хаббла.

После обработки изображения части неба Морфеус генерирует новый набор изображений этой же области и кодирует все объекты по их морфологии. Астрономические объекты отделяются от фона, и он идентифицирует звезды и различные типы галактик. Программа работает на суперкомпьютере USCS, где анализ пиксель за пикселем всего набора данных генерируется быстро.

“Морфеус обеспечивает обнаружение и морфологическую классификацию астрономических объектов на уровне детализации, который в настоящее время не существует”, – сказал Хаусен.

Работа, выполненная исследователями, была поддержана НАСА и Национальным научным фондом.