Штучны інтэлект займаецца касмічнай археалогіяй: 35 гадоў дадзеных Хабла, сканаваных за 48 гадзін, раскрываюць 1.300 загадак

У дэманстрацыі вылічальнай магутнасці, якая перавызначае межы астранамічных даследаванняў, сістэма штучнага інтэлекту ўсяго за два з паловай дні дасягнула таго, што навуковай супольнасці спатрэбілася б дзесяцігоддзі ручной працы: прагледзела ўвесь 35-гадовы архіў касмічнага тэлескопа «Хабл» і ідэнтыфікавала больш за 1.300 рэдкіх або анамальных касмічных аб'ектаў. Даследчыкі з Еўрапейскага касмічнага агенцтва (ЕКА) пад кіраўніцтвам Дэвіда О'Раяна і Пабла Гомеса распрацавалі і ўжылі нейронную сетку Анамальнае супадзенне у архіў спадчыны Хабла, правёўшы першы сістэматычны і ўсебаковы пошук сінгулярнасцей на амаль 100 мільёнах малюнкаў, назапашаных з моманту запуску тэлескопа. Вынікі, апублікаваныя ў гэты панядзелак у часопісе Астраномія і астрафізікаЯны раскрываюць сусвет, схаваны навідавоку: большасць з гэтых анамалій ніколі не былі задакументаваны ў навуковай літаратуры, што дэманструе, што нават самыя старанна вывучаныя дадзеныя ў гісторыі захоўваюць сакрэты, калі разглядаць іх правільным «вачыма».

Нябачны скарб у публічным архіве

Маштаб адкрыцця заключаецца не толькі ў хуткасці аналізу, але і ў характары таго, што было знойдзена. На працягу трох з паловай дзесяцігоддзяў тысячы астраномаў вывучалі выявы, атрыманыя тэлескопам «Хабл», апублікаваўшы дзясяткі тысяч... папераБыло разумна меркаваць, што самыя яркія, дзіўныя або найбольш відавочныя аб'екты ўжо былі закаталогаваны. Аднак 65% выяўленых анамалій Анамальнае супадзенне Яны не мелі папярэдніх спасылак у астранамічных базах дадзеных Гэта азначае, што сотні унікальных астрафізічных з'яў былі "схаваны" на публічных серверах і чакаюць, пакуль інструмент з бясконцым цярпеннем машыны выявіць іх.

Сярод знойдзеных рэдкіх рэчаў у каталогу ёсць 138 новых кандыдатаў на гравітацыйнае лінзаваннеГэта з'явы, калі маса галактыкі на пярэднім плане скрыўляе тканіну прасторы-часу, дзейнічаючы як касмічнае павелічальнае шкло, якое скажае святло ад аддаленых аб'ектаў у ідэальныя дугі і кольцы. Гэта найважнейшыя прыродныя лабараторыі для вывучэння цёмнай матэрыі і пашырэння Сусвету. Акрамя таго, штучны інтэлект вызначыў 417 раней невядомых зліццяў галактык, які зафіксаваў жорсткі балет зорных сутыкненняў на розных стадыях узаемадзеяння, і 18 «галактык медуз», захапляльныя структуры, дзе ціск міжгалактычнага газу адрывае шчупальцы зорнага рэчыва, калі галактыка імчыцца праз скопішча.

Гамбургеры, матылькі і некласіфікаванае

Здольнасць штучнага інтэлекту выяўляць незвычайныя марфалогіі прывяла да адкрыцця аб'ектаў, якія не паддаюцца стандартным апісанням. Каманда адзначыла протапланетныя дыскі, якія бачныя з рабра і, з-за паглынання святла пылам у іх цэнтральнай плоскасці, візуальна нагадваюць касмічныя «гамбургеры» або цёмныя матылькі, сілуэты якіх вылучаюцца на зорным фоне. Таксама былі задакументаваны дзве рэдкія сутыкненні з кальцавымі галактыкамі, якія ўтварыліся, калі невялікая галактыка праходзіла праз цэнтр большай, ствараючы ўдарную хвалю зоркаўтварэння, падобную на рабізну ў сажалцы.

Але, магчыма, найбольш перспектыўным для тэарэтычнай фізікі з'яўляецца набор некалькі дзясяткаў аб'ектаў, якія цалкам супярэчылі існуючым схемам класіфікацыі Гэтыя «чыстыя» анамаліі не падпадаюць пад катэгорыі спіральных, эліптычных або няправільных галактык, а таксама не выглядаюць як інструментальныя артэфакты. Па сутнасці, яны з'яўляюцца сапраўднымі загадкамі, якія патрабуюць далейшага даследавання з дапамогай такіх тэлескопаў, як Джэймс Уэб, каб вызначыць, ці ўяўляюць яны сабой новыя класы нябесных аб'ектаў, ці надзвычай кароткія і рэдкія эвалюцыйныя фазы, якія нам да гэтага часу не пашчасціла зафіксаваць і ідэнтыфікаваць.

Рашэнне крызісу чалавечага маштабу

Даследаванне О'Раяна і Гомеса тычыцца фундаментальнай праблемы сучаснай астраноміі: праблемы аб'ёму. Хоць навукоўцы-людзі выдатна спраўляюцца з якасным аналізам — разуменнем таго, што такое нешта, як толькі яны гэта бачаць, — яны біялагічна не здольныя падтрымліваць увагу, неабходную для прагляду мільёнаў малюнкаў без памылак з-за стомленасці. Грамадзянскія навуковыя праекты, такія як Galaxy Zoo, спрабавалі паменшыць гэта, дэлегуючы гэтую задачу тысячам валанцёраў, але нават грамадскі энтузіязм мае свае межы, калі сутыкаецца з экспанентна растучымі архівамі.

Анамальнае супадзенне Гэта вырашаецца з дапамогай гібрыднага падыходу паўнагляднае і актыўнае навучанне У адрозненне ад традыцыйных алгарытмаў, якія шукаюць толькі тое, чаму іх навучылі (напрыклад, «знайсці катоў»), гэтая нейронная сетка была навучана распазнаваць нармальную структуру астранамічных дадзеных і пазначаць усё, што адхіляецца ад гэтай заканамернасці. Акрамя таго, яна ўключала цыкл зваротнай сувязі, дзе эксперты-людзі пацвярджалі свае першапачатковыя высновы, «навучаючы» сістэму адрозніваць сапраўдную астрафізічную анамалію ад простага дэфекту датчыка камеры або касмічнага прамяня, які ўздзейнічае на дэтэктар.

Генеральная рэпетыцыя патопу дадзеных

Паспяховае ўкараненне гэтага інструмента ў архіў Хабла, па сутнасці, з'яўляецца падрыхтоўкай да бліжэйшай будучыні. Астраномія ўступае ў эру «Вялікіх аглядных абсерваторый». Місія Euclid Еўрапейскага касмічнага агенцтва, запушчаная ў 2023 годзе, ужо картаграфуе мільярды галактык; абсерваторыя Веры К. Рубін, якая хутка пачне працаваць, будзе ствараць фільм неба паўднёвага паўшар'я кожныя некалькі начэй, назапашваючы больш за 60 петабайтаў дадзеных за дзесяць гадоў. Рымскі касмічны тэлескоп імя Нэнсі Грэйс НАСА, запуск якога запланаваны на 2027 год, будзе мець поле зроку ў 100 разоў большае, чым у тэлескопа «Хабл», ствараючы зорныя пейзажы незразумелага багацця для чалавечага розуму.

У гэтым кантэксце такія інструменты, як Анамальнае супадзенне Яны перастануць быць дзівацтвам і стануць крытычна важнай інфраструктурай. Без штучнага інтэлекту, які будзе фільтраваць паток дадзеных у рэжыме рэальнага часу, Пераважная большасць патэнцыйных адкрыццяў застануцца архіваванымі на жорсткіх дысках, нябачнымі і забытымі.Поспех каманды ЕКА дэманструе, што штучны інтэлект не замяняе астранома, а хутчэй дзейнічае як звышхуткаснае сіта, якое аддзяляе збожжа ад пустазелля, каб людзі маглі прысвяціць свой час таму, што ў іх атрымліваецца лепш за ўсё: інтэрпрэтацыі фізікі немагчымага.