Дослідники розробили штучний інтелект, здатний виявляти та класифікувати галактики

Дослідники з Університету Каліфорнії в Санта-Круз розробили Морфеус, комп’ютерну програму, яка здатна аналізувати пікселі в астрономічних даних зображень. Вона може потім ідентифікувати та класифікувати всі галактики та зірки, які існують у великих наборах даних, отриманих з астрономічних спостережень.

Що таке Морфеус

Морфеус – це фреймворк глибокого навчання, який складається з різних штучних інтелектів. Штучні інтелекти зосереджені на певних застосуваннях, таких як розпізнавання зображень та мови.

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

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

Раян Хаузен – студент-магістр комп’ютерних наук в Школі інженерії Баскіна в Університеті Каліфорнії в Санта-Круз. Він співпрацював над Морфеусом з Андерсоном протягом останніх двох років.

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

Морфології галактик

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

Є великомасштабні спостереження, які будуть проведені, і які генеруватимуть величезну кількість даних зображень, які можна буде використовувати. Одним з таких спостережень є Спостереження спадщини простору та часу (LSST), яке буде проведено в обсерваторії Верони Рубін в Чилі.

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

Під час проведення LSST буде зроблено понад 800 панорамних зображень кожної ночі камерою з 3,2 мільярдами пікселів. Двічі на тиждень LSST також буде записувати весь видимий небосхил.

“Представіть собі, якщо ви підете до астрономів і попросите їх класифікувати мільярди об’єктів – як вони могли б це зробити? Тепер ми зможемо автоматично класифікувати ці об’єкти і використовувати цю інформацію, щоб дізнатися про еволюцію галактик”, – сказав Робертсон.

Технологія глибокого навчання для галактик

Технологія глибокого навчання була використана деякими астрономами для класифікації галактик, але зазвичай це вимагає адаптації існуючих алгоритмів розпізнавання зображень. Алгоритми традиційно отримують відфільтровані зображення галактик.

Морфеус 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 основних моментів Морфеуса є класифікація на рівні пікселів.

“З іншими моделями вам потрібно знати, що щось існує, і подати моделі зображення, і вона класифікує всю галактику одразу”, – сказав він. “Морфеус знаходить галактики для вас, і робить це піксель за пікселем, тому він може обробляти дуже складні зображення, де ви можете мати сфероїдальний об’єкт поряд з диском. Для диска з центральним бульжем він класифікує бульж окремо. Тому він дуже потужний.”

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 огляду CANDELS. Морфеус потім був застосований до даних зображень з поля спадщини Габбла.

Після обробки зображення частини неба Морфеус генерує новий набір зображень того самого регіону, і він кольорово кодує всі об’єкти залежно від їхньої морфології. Астрономічні об’єкти відокремлюються від фону, і він ідентифікує зірки та різні типи галактик. Програма працює на суперкомп’ютері USCS, де аналіз на рівні пікселів для всього набору даних генерується швидко.

“Морфеус 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.