الذكاء الاصطناعي يقوم بعلم الآثار الفضائية: مسح بيانات هابل على مدى 35 عامًا في 48 ساعة يكشف عن 1.300 لغز

في عرض لقدرة الحوسبة يعيد تعريف حدود البحث الفلكي، حقق نظام الذكاء الاصطناعي في يومين ونصف فقط ما كان سيستغرق من المجتمع العلمي عقودًا من العمل اليدوي: مراجعة الأرشيف الكامل لتلسكوب هابل الفضائي على مدى 35 عامًا لتحديد أكثر من 1.300 جسم كوني نادر أو شاذ. قام باحثون من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، بقيادة ديفيد أوريان وبابلو غوميز، بتطوير وتطبيق الشبكة العصبية أنومالي ماتش إلى أرشيف هابل التراثي، حيث أجروا أول بحث منهجي وشامل عن النقاط الشاذة في ما يقرب من 100 مليون صورة تم تجميعها منذ إطلاق التلسكوب. ونُشرت النتائج يوم الاثنين في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكيةإنها تكشف عن عالم مخفي في وضح النهار: لم يتم توثيق معظم هذه الشذوذات في الأدبيات العلمية، مما يدل على أن حتى أكثر البيانات التي تم فحصها في التاريخ تحتفظ بأسرار إذا تم النظر إليها بالعيون الصحيحة.

الكنز الخفي في الأرشيف العام

لا تكمن أهمية هذا الاكتشاف في سرعة التحليل فحسب، بل في طبيعة ما تم التوصل إليه أيضاً. فعلى مدى ثلاثة عقود ونصف، درس آلاف الفلكيين صور هابل، ونشروا عشرات الآلاف من... أوراقكان من المفترض بشكل معقول أن الأجسام الأكثر سطوعًا أو غرابة أو وضوحًا قد تم فهرستها بالفعل. ومع ذلك، 65% من الحالات الشاذة التي تم اكتشافها بواسطة أنومالي ماتش لم يكن لها أي مرجع سابق في قواعد البيانات الفلكية وهذا يعني أن مئات الظواهر الفيزيائية الفلكية الفريدة قد تم "إخفاؤها" على الخوادم العامة، في انتظار أداة تتمتع بالصبر اللامتناهي للآلة لإخراجها إلى النور.

ومن بين النوادر التي تم اكتشافها، يتضمن الكتالوج 138 مرشحًا جديدًا لظاهرة عدسة الجاذبيةهذه ظواهر تتسبب فيها كتلة مجرة ​​أمامية في انحناء نسيج الزمكان، تمامًا كعدسة مكبرة كونية تشوه الضوء القادم من الأجسام البعيدة إلى أقواس وحلقات مثالية. تُعد هذه الظواهر مختبرات طبيعية بالغة الأهمية لدراسة المادة المظلمة وتوسع الكون. علاوة على ذلك، حدد الذكاء الاصطناعي 417 عملية اندماج مجرات غير معروفة سابقًا، حيث يجسد رقصة تصادم النجوم العنيفة في مراحل مختلفة من التفاعل، و 18 "مجرات قناديل البحر"، هياكل رائعة حيث يمزق ضغط الغاز بين المجرات مخالب من المادة النجمية بينما تندفع المجرة عبر عنقود نجمي.

الهامبرغر والفراشات وما لا يمكن تصنيفه

أدت قدرة الذكاء الاصطناعي على رصد الأشكال غير المألوفة إلى اكتشاف أجسام تتحدى الأوصاف التقليدية. لاحظ الفريق أقراصًا كوكبية أولية تُرى من جانبها، والتي تُشبه بصريًا، بسبب امتصاص الغبار في مستواها المركزي للضوء، "شطائر الهامبرغر" الكونية أو فراشات داكنة تظهر كظلال على خلفية النجوم. كما تم توثيق مجرتين حلقيتين تصادميتين نادرتين، تشكلتا عندما تمر مجرة ​​صغيرة عبر مركز مجرة ​​أكبر، مما يُحدث موجة صدمية لتكوين النجوم تُشبه تموجات الماء في بركة.

لكن ربما يكون أكثر ما يبشر بالخير للفيزياء النظرية هو مجموعة عشرات الأشياء التي تحدت تمامًا مخططات التصنيف الحالية لا تندرج هذه الشذوذات "الخالصة" ضمن فئات المجرات الحلزونية أو الإهليلجية أو غير المنتظمة، كما أنها لا تبدو ناتجة عن أخطاء في القياسات. إنها في جوهرها ألغاز حقيقية تتطلب متابعة باستخدام تلسكوبات مثل جيمس ويب لتحديد ما إذا كانت تمثل فئات جديدة من الأجرام السماوية أو مراحل تطورية نادرة وقصيرة للغاية لم يحالفنا الحظ في رصدها وتحديدها حتى الآن.

حل أزمة البعد الإنساني

يتناول بحث أوريان وغوميز إحدى العقبات الأساسية في علم الفلك الحديث: مشكلة الحجم. بينما يتفوق العلماء البشريون في التحليل النوعي - فهم ماهية الشيء بمجرد رؤيته - إلا أنهم غير قادرين بيولوجيًا على الحفاظ على الانتباه اللازم لمراجعة ملايين الصور دون ارتكاب أخطاء بسبب الإرهاق. حاولت مشاريع العلوم المدنية، مثل مشروع Galaxy Zoo، التخفيف من هذا الأمر عن طريق تفويض المهمة إلى آلاف المتطوعين، ولكن حتى الحماس العام له حدوده عند مواجهة الأرشيفات المتنامية بشكل كبير.

أنومالي ماتش يتم حل هذه المشكلة من خلال نهج هجين من التعلم شبه الموجه والتعلم النشط بخلاف الخوارزميات التقليدية التي تبحث فقط عما دُرِّبت عليه (مثل "العثور على القطط")، دُرِّبت هذه الشبكة العصبية على تمييز البنية الطبيعية للبيانات الفلكية، وتحديد أي شيء ينحرف عن هذا النمط. علاوة على ذلك، تضمنت حلقة تغذية راجعة حيث يتحقق خبراء بشريون من صحة النتائج الأولية، "معلمين" النظام التمييز بين الشذوذ الفلكي الحقيقي وعيب بسيط في مستشعر الكاميرا أو اصطدام شعاع كوني بالكاشف.

بروفة عامة لفيضان البيانات

إن نجاح تطبيق هذه الأداة في أرشيف هابل هو في الواقع تمهيد للمستقبل القريب. علم الفلك يدخل عصر "المراصد الكبرى للمسح الفلكي". بدأت مهمة إقليدس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي انطلقت عام 2023، بالفعل في رسم خرائط لمليارات المجرات؛ وسيقوم مرصد فيرا سي. روبين، الذي سيتم افتتاحه قريباً، بإنتاج فيلم لسماء نصف الكرة الجنوبي كل بضع ليالٍ، مما سيؤدي إلى تراكم أكثر من 60 بيتابايت من البيانات على مدى عقد من الزمان. سيتمتع تلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي التابع لناسا، والمقرر إطلاقه في عام 2027، بمجال رؤية أكبر بمئة مرة من تلسكوب هابل، مما سينتج مناظر نجمية ذات ثراء لا يوصف للعقل البشري.

وفي هذا السياق، أدوات مثل أنومالي ماتش ستتوقف هذه التقنيات عن كونها مجرد فضول، وستصبح بنية تحتية حيوية. فبدون الذكاء الاصطناعي لتصفية سيل البيانات في الوقت الفعلي، ستبقى الغالبية العظمى من الاكتشافات المحتملة محفوظة في أرشيفات على محركات الأقراص الصلبة، غير مرئية ومنسية.إن نجاح فريق وكالة الفضاء الأوروبية يوضح أن الذكاء الاصطناعي لا يحل محل عالم الفلك، بل يعمل كمنخل فائق السرعة، يفصل الجيد عن الرديء حتى يتمكن البشر من تكريس وقتهم لما يجيدونه: تفسير فيزياء المستحيل.