Дослідники розробили штучний інтелект, здатний виявляти та класифікувати галактики

Дослідники в Університеті Каліфорнії в Санта-Крузі розробили Морфей, комп’ютерну програму, яка здатна аналізувати пікселі в астрономічних зображеннях даних. Вона може потім ідентифікувати та класифікувати всі галактики та зірки, що існують у великих наборах даних, які походять з астрономічних обстежень.

Що таке Морфей

Морфей – це каркас глибокого навчання, який складається з різних штучних інтелектів (AI) технологій. Штучні інтелекти зосереджені на певних застосуваннях, таких як розпізнавання зображень та мови.

Брант Робертсон – професор астрономії та астрофізики. Він очолює Група дослідження комп’ютерної астрофізики в Університеті Каліфорнії в Санта-Крузі. За словами Робертсона, певні завдання, які традиційно виконували астрономи, потрібно автоматизувати. Це пов’язано з тим, що розміри наборів астрономічних даних постійно збільшуються.

“Є деякі речі, які ми просто не можемо зробити як люди, тому нам потрібно знайти способи використовувати комп’ютери для роботи з величезною кількістю даних, яка надійде протягом наступних кількох років з великих астрономічних проєктів обстеження”, – сказав він.

Раян Хаузен – студент-магістр комп’ютерних наук в Інженерній школі Баскіна в Університеті Каліфорнії в Санта-Крузі. Він співпрацював з Андерсоном над Морфеєм протягом останніх двох років.

Їхні результати були опубліковані 12 травня в Astrophysical Journal Supplement Series. Код Морфея також буде випущений для загального доступу, а онлайн-демонстрації будуть доступні.

Морфології галактик

Астрономи можуть дізнатися, як галактики утворюються та еволюціонують у часі, спостерігаючи за морфологіями галактик.

Є деякі великомасштабні обстеження, які мають відбутися, які генеруватимуть величезну кількість даних зображень, які можна використовувати. Одним з таких обстежень є Спадщина обстеження простору та часу (LSST), яке буде проведено в Обсерваторії Верони Рубін у Чилі.

Робертсон активно працює над тим, щоб використовувати дані для кращого розуміння утворення та еволюції галактик.

Коли LSST буде проведено, воно зробить понад 800 панорамних зображень кожну ніч з камерою з 3,2 мільярдами пікселів. Двічі на тиждень LSST також буде записувати весь видимий небосхил.

“Представьте, якщо ви підете до астрономів і попросите їх класифікувати мільярди об’єктів – як вони можуть це зробити? Тепер ми зможемо автоматично класифікувати ці об’єкти та використовувати цю інформацію для вивчення еволюції галактик”, – сказав Робертсон.

Технологія глибокого навчання для галактик

Технологія глибокого навчання була використана деякими астрономами для класифікації галактик, але вона зазвичай вимагає наявних алгоритмів розпізнавання зображень, які потрібно адаптувати. Алгоритми традиційно підживлюються кураторськими зображеннями галактик.

Морфей був розроблений спеціально для астрономічних даних зображень. Він використовує оригінальні дані зображень, які знаходяться у стандартному цифровому форматі, використовуваному астрономами.

За словами Робертсона, одним з головних моментів Морфея є класифікація на рівні пікселів.

“З іншими моделями вам потрібно знати, що щось є там, і годувати модель зображенням, і вона класифікує всю галактику одразу”, – сказав він. “Морфей знаходить галактики для вас, і робить це піксель за пікселем, тому він може обробляти дуже складні зображення, де ви можете мати сфероїдальну поруч з диском. Для диска з центральним балджем він класифікує балдж окремо. Тому це дуже потужно”.

Дослідники використали інформацію з дослідження 2015 року для навчання алгоритму глибокого навчання. Дослідження зібрало дані та класифікувало близько 10 000 галактик на зображеннях телескопа Габбла з обстеження CANDELS. Морфей був потім застосований до даних зображень з Hubble Legacy Fields.

Після обробки зображення частини неба Морфей генерує новий набір зображень тієї самої області, і він кольорово кодує всі об’єкти на основі їхньої морфології. Астрономічні об’єкти відокремлюються від фону, і він ідентифікує зірки та різні типи галактик. Програма працює на суперкомп’ютері USCS’s lux, де аналіз піксель за пікселем для всього набору даних швидко генерується.

“Морфей забезпечує виявлення та морфологічну класифікацію астрономічних об’єктів на рівні деталізації, який зараз не існує”, – сказав Хаузен.

Робота, виконана дослідниками, була підтримана НАСА та Національним науковим фондом.