Zespół astronomów z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) wykorzystał stworzony przez siebie algorytm sztucznej inteligencji do przeszukania archiwum zdjęć Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i znalezienia tam niecodziennych obiektów astronomicznych. Jak informują na łamach czasopisma "Astronomy & Astrophysics" system przeszukał prawie 100 milionów wycinków obrazów w zaledwie dwa i pół dnia, odkrywając niemal 1400 anomalii, z których ponad 800 nigdy wcześniej nie zostało udokumentowanych.
Jak przyznają w opublikowanym dziś komunikacie agencje NASA i ESA, rzadkie i odbiegające od normy obiekty, takie jak zderzające się galaktyki, soczewki grawitacyjne czy galaktyki pierścieniowe, mają ogromne znaczenie naukowe, ale niezmiernie trudno je znaleźć w rosnących zbiorach danych z teleskopów, takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Ich wypatrywanie można dosłownie porównać do szukania kosmicznej igły w stogu siana wielkości Wszechświata.
David O’Ryan i Pablo Gómez z Europejskiej Agencji Kosmicznej opracowali narzędzie AI, które pozwala im przeglądać miliony obrazów astronomicznych w ułamku czasu, jaki zajęłoby to człowiekowi. Zespół wytrenował swoje narzędzie i zaprezentował jego możliwości, korzystając z bazy Hubble Legacy Archive, które zawiera dziesiątki tysięcy zestawów danych obejmujących długą historię obserwacji z pomocą tego teleskopu. Archiwalne obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a sięgają teraz 35 lat wstecz, dostarczając skarbnicę danych, w których mogą zostać znalezione astrofizyczne anomalie - mówi główny autor publikacji, David O’Ryan.
Astrofizyczne anomalie zwykle odkrywane są, gdy naukowcy ręcznie poszukują obiektów odbiegających od normy lub znajdują je przypadkiem. Choć wykwalifikowani astronomowie doskonale radzą sobie z dostrzeganiem takich niecodziennych obiektów, ilość danych z Hubble’a jest po prostu zbyt duża, by eksperci mogli je ręcznie, szczegółowo przeglądać. Zapraszanie do współpracy entuzjastów astronomii owszem przydaje się, pomaga na przykład klasyfikować galaktyki, ale dalej nie rozwiązuje problemu nadmiaru danych. Dzięki algorytmowi O’Ryana i Gomeza to może się zmienić, a poszukiwania przenoszą się na zupełnie nowy poziom.
Zespół opracował narzędzie AI, które wykorzystuje komputery do przetwarzania danych i wyszukiwania wzorców w sposób inspirowany ludzkim mózgiem. Ich sieć neuronowa, nazwana AnomalyMatch, została wytrenowana do wyszukiwania i rozpoznawania rzadkich obiektów. Po otrzymaniu wyników takiego przeglądu O’Ryan i Gómez osobiście sprawdzili obiekty ocenione przez ich algorytm jako możliwe anomalie. Ponad 1300 z nich się potwierdziło, przy czym ponad 800 nigdy wcześniej nie zostało w literaturze naukowej udokumentowanych.
Większość anomalii stanowiły galaktyki w trakcie łączenia się lub choćby silnego oddziaływania, przyjmujące nietypowe kształty lub pozostawiające długie ogony gwiazd i gazu. Wiele innych to soczewki grawitacyjne, w których grawitacja galaktyki pierwszego planu zakrzywia czasoprzestrzeń i deformuje światło odległej galaktyki w koło lub łuk. Zespół odkrył także przykłady kilku innych rzadkich obiektów, takich jak galaktyki z ogromnymi skupiskami gwiazd, galaktyki-meduzy z gazowymi "mackami" oraz dyski formujące planety widziane z boku, przypominające wyglądem hamburgera lub motyla. Najbardziej intrygujące było jednak kilkadziesiąt obiektów, które całkowicie wymykały się klasyfikacji.
To fantastyczne wykorzystanie AI do maksymalizacji naukowych rezultatów archiwum Hubble’a - podkreśla Pablo Gómez. Znalezienie tak wielu anomalii w danych Hubble’a, gdzie można było się spodziewać, że wiele z nich już zostało odkrytych, to świetny wynik. Pokazuje to, jak użyteczne dla innych dużych zestawów danych będzie to narzędzie - dodaje.
Archiwum Hubble'a wkrótce będzie tylko jednym z wielu dużych archiwów danych w astronomii. Nowe narzędzia, które zwrócą ogromne ilości danych, to między innymi teleskop ESA Euclid, który rozpoczął w 2023 roku badanie miliardów galaktyk na obszarze jednej trzeciej nocnego nieba, Obserwatorium Very C. Rubin w Chile, które wkrótce rozpocznie swój 10-letni Przegląd Kosmosu i Ziemi, zbierając ponad 50 petabajtów obrazów, a także przygotowywany przez NASA we współpracy z ESA Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, którego start planowany jest nie później niż w maju 2027 roku. Zdaniem autorów pracy, narzędzia AI takie jak AnomalyMatch mogą pomóc astronomom radzić sobie z napływem danych i odkrywać nowe przykłady rzadkich i niezwykłych obiektów a być może nawet obiektów nigdy wcześniej we Wszechświecie nie widzianych.