Искусственный интеллект выявил сотни загадочных космических явлений, проанализировав данные телескопа «Хаббл»

Новости МирТесен

Специалисты Европейского космического агентства (ЕКА) создали инструмент искусственного интеллекта (ИИ) под названием AnomalyMatch, который позволяет анализировать огромные объемы изображений – десятки миллионов – и находить редкие или необычные объекты значительно быстрее, чем это сделал бы человек. С помощью этой системы астрономы смогли обработать почти 100 миллионов фрагментов снимков из Архива наследия телескопа «Хаббл», содержащего 35 лет накопленных данных, менее чем за двое суток. В результате было выявлено около 1400 аномалий, более 800 из которых ранее не упоминались в научных публикациях.

Космические аномалии представляют собой объекты или явления, которые не соответствуют наиболее типичным структурам, например, обычным галактикам или одиночным звёздам. К ним относятся галактики, находящиеся в процессе столкновения, галактики с протяжёнными газовыми структурами, а также гравитационные линзы. Тем не менее, огромный объём информации, получаемый современными обсерваториями, усложняет их выявление с использованием стандартных подходов. Ранее большинство аномалий обнаруживались случайно или благодаря проектам, основанным на участии добровольцев. Однако этих проектов недостаточно для анализа масштабных данных, которые будут поступать с новых телескопов. В решении этой задачи может оказаться полезен искусственный интеллект.

AnomalyMatch применяет искусственную нейронную сеть, которая в определенной степени воспроизводит принципы распознавания образов и форм в визуальной информации, свойственные человеческому мозгу. Сеть, обученная на известных примерах как «нормальных», так и «аномальных» объектов, может оценивать вероятность научной значимости каждого фрагмента изображения. После этого эксперты проанализировали фрагменты с самыми высокими оценками, и с помощью визуальной проверки подтвердили более 1300 реальных аномалий. Полученные данные свидетельствуют не только об эффективности данной методики, но и о потенциале новых открытий, которые можно сделать при повторном анализе архивов, уже считающихся исчерпанными, например, обширного архива космического телескопа «Хаббл».

Обнаруженные системой искусственного интеллекта объекты в большинстве своем представляют собой галактики, находящиеся в процессе взаимодействия или слияния, характеризующиеся деформированными структурами, звездными хвостами и протяженными потоками газа. Эти процессы позволяют заглянуть в динамику, определяющую эволюцию галактик на протяжении космических эпох, включая обмен веществом и интенсивное звездообразование, спровоцированное гравитационными возмущениями. Помимо галактик, испытывающих столкновения, ученые выявили многочисленные случаи гравитационного линзирования, когда массивные объекты, расположенные между нами и удалёнными галактиками, искажают их свет, формируя дуги или кольца. Эти явления, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, служат важным инструментом для исследования распределения темной материи.

Помимо прочего, среди найденных редких объектов выделяются галактики с обширными звёздными скоплениями, галактики, имеющие длинные газовые хвосты, напоминающие щупальца, и видимые почти с ребра протопланетные диски, принимающие необычные формы. Классифицировать некоторые из них по существующим категориям не представляется возможным.

Искусственный интеллект не отменяет необходимость человеческого анализа, однако значительно расширяет его потенциал, давая возможность выявлять объекты, которые иначе могли бы затеряться в огромном количестве изображений. После того, как AnomalyMatch определил наиболее вероятные кандидатуры, специалисты провели визуальную оценку для подтверждения их аномальности. Такой комбинированный метод, сочетающий вычислительные ресурсы и экспертную оценку, обеспечил успешную идентификацию сотен новых объектов, представляющих интерес для дальнейшего исследования.

Полученные данные знаменуют собой значительный прогресс в методах, которые используют астрономы для обработки постоянно увеличивающегося объема информации, получаемой в ходе современных наблюдений. Изображения, сделанные телескопом «Хаббл», аккумулировали десятилетия научных исследований, однако в перспективе новые инструменты, включая миссию «Евклид» Европейского космического агентства, обсерваторию Веры Рубин и телескоп Нэнси Грейс Роман, принадлежащий NASA, сгенерируют значительно больше данных. «Евклид» будет наблюдать за миллиардами галактик в широком масштабе, «Рубин» проведет десятилетний обзор, собирающий десятки петабайт изображений, а «Роман» расширит возможности изучения Вселенной в ближнем инфракрасном диапазоне. Следовательно, в обозримом будущем, когда объемы информации для анализа будут расти ускоренными темпами, инструменты, основанные на искусственном интеллекте и нейронных сетях, станут незаменимыми помощниками в поиске редких объектов и ранее не известных явлений.

Результаты исследования были в журнале Astronomy & Astrophysics.