Các nhà nghiên cứu phát triển trí tuệ nhân tạo có khả năng phát hiện và phân loại thiên hà

Các nhà nghiên cứu tại UC Santa Cruz đã phát triển Morpheus, một chương trình máy tính có khả năng phân tích các pixel trong dữ liệu hình ảnh thiên văn. Nó có thể xác định và phân loại tất cả các thiên hà và sao trong các tập dữ liệu lớn từ các cuộc khảo sát thiên văn.

Morpheus là gì

Morpheus là một khuôn khổ học sâu bao gồm các công nghệ trí tuệ nhân tạo khác nhau. Các công nghệ trí tuệ nhân tạo tập trung vào các ứng dụng như nhận dạng hình ảnh và giọng nói.

Brant Robertson là giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn. Ông đứng đầu Nhóm Nghiên cứu Thiên văn học Máy tính tại UC Santa Cruz. Theo Robertson, một số nhiệm vụ truyền thống được thực hiện bởi các nhà thiên văn học cần được tự động hóa. Điều này là do kích thước của các tập dữ liệu thiên văn đang tăng不断.

“Có một số việc chúng ta không thể làm được như con người, vì vậy chúng ta phải tìm cách sử dụng máy tính để đối phó với lượng dữ liệu khổng lồ sẽ đến trong vài năm tới từ các dự án khảo sát thiên văn lớn,” ông nói.

Ryan Hausen là sinh viên tốt nghiệp khoa học máy tính tại Trường Kỹ thuật Baskin của UCSC. Anh đã hợp tác với Anderson trong hai năm qua để phát triển Morpheus.

Kết quả của họ đã được công bố vào ngày 12 tháng 5 trên tạp chí Astrophysical Journal Supplement Series. Mã Morpheus cũng sẽ được phát hành công khai và sẽ có các bản demo trực tuyến.

Hình thái của Thiên hà

Các nhà thiên văn học có thể tìm hiểu về cách hình thành và tiến hóa của thiên hà bằng cách quan sát hình thái của chúng.

Có một số cuộc khảo sát lớn sẽ được thực hiện, tạo ra lượng dữ liệu hình ảnh khổng lồ có thể được sử dụng. Một trong những cuộc khảo sát đó là Khảo sát Di sản của Không gian và Thời gian (LSST), và nó sẽ được thực hiện tại Đài thiên văn Vera Rubin ở Chile.

Robertson đã tích cực làm việc để sử dụng dữ liệu này để hiểu rõ hơn về sự hình thành và tiến hóa của thiên hà.

Khi LSST được thực hiện, nó sẽ chụp hơn 800 hình ảnh toàn cảnh mỗi đêm với máy ảnh 3,2 tỷ pixel. Hai lần mỗi tuần, LSST cũng sẽ ghi lại toàn bộ bầu trời nhìn thấy.

“Hãy tưởng tượng nếu bạn đến với các nhà thiên văn học và yêu cầu họ phân loại hàng tỷ đối tượng – làm thế nào họ có thể làm được điều đó? Giờ đây, chúng ta sẽ có thể tự động phân loại các đối tượng đó và sử dụng thông tin đó để tìm hiểu về sự tiến hóa của thiên hà,” Robertson nói.

Công nghệ Học sâu cho Thiên hà

Công nghệ học sâu đã được một số nhà thiên văn học sử dụng để phân loại thiên hà, nhưng nó thường yêu cầu các thuật toán nhận dạng hình ảnh hiện có được điều chỉnh. Các thuật toán truyền thống được cung cấp các hình ảnh được chỉnh sửa của thiên hà.

Morpheus được phát triển đặc biệt cho dữ liệu hình ảnh thiên văn. Nó sử dụng dữ liệu hình ảnh gốc, ở định dạng kỹ thuật số tiêu chuẩn được sử dụng bởi các nhà thiên văn học.

Theo Robertson, một trong những điểm chính của Morpheus là phân loại cấp độ pixel.

“Với các mô hình khác, bạn phải biết có thứ gì đó ở đó và cung cấp cho mô hình một hình ảnh, và nó sẽ phân loại toàn bộ thiên hà cùng một lúc,” ông nói. “Morpheus phát hiện ra các thiên hà cho bạn, và nó làm điều đó pixel bằng pixel, vì vậy nó có thể xử lý các hình ảnh phức tạp, nơi bạn có thể có một thiên hà hình cầu nằm cạnh một thiên hà đĩa. Đối với một đĩa có một bulge trung tâm, nó phân loại bulge riêng biệt. Vì vậy, nó rất mạnh mẽ.”

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thông tin từ một nghiên cứu năm 2015 để đào tạo thuật toán học sâu. Nghiên cứu đã thu thập dữ liệu và phân loại khoảng 10.000 thiên hà trong hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian Hubble từ cuộc khảo sát CANDELS. Morpheus sau đó được áp dụng cho dữ liệu hình ảnh từ các Trường Legacy của Hubble.

Sau khi xử lý một hình ảnh của một phần bầu trời, Morpheus sau đó tạo ra một tập hợp hình ảnh mới của cùng khu vực đó, và nó mã hóa màu cho tất cả các đối tượng dựa trên hình thái của chúng. Các đối tượng thiên văn được tách ra khỏi nền, và nó xác định các ngôi sao và các loại thiên hà khác nhau. Chương trình chạy trên siêu máy tính lux của USCS, nơi phân tích cấp độ pixel cho toàn bộ tập dữ liệu được tạo ra nhanh chóng.

“Morpheus cung cấp phát hiện và phân loại hình thái của các đối tượng thiên văn ở mức độ chi tiết mà hiện tại không tồn tại,” Hausen nói.

Công việc được hoàn thành bởi các nhà nghiên cứu được hỗ trợ bởi NASA và Quỹ Khoa học Quốc gia.