Naudodami galingą dirbtinio intelekto įrankį, astronomai išanalizavo milžiniškus NASA Hablo kosminio teleskopo duomenų archyvus ir aptiko daugiau kaip 1300 kosminių anomalijų, iš kurių daugiau nei 800 iki šiol nebuvo žinomos mokslui.
Naująjį tyrimą atliko Europos kosmoso agentūros (ESA) mokslininkai Davidas O’Ryanas ir Pablo Gómezas. Jų darbas publikuotas žurnale „Astronomy and Astrophysics“.
D. O’Ryanas pažymi, kad archyviniai Hablo kosminio teleskopo stebėjimai apima 35 metų laikotarpį ir sudaro tikrą duomenų lobyną, kuriame gali slėptis daugybė astrofizikinių anomalijų.
Astrofizikinės anomalijos yra ypač svarbios, nes dažnai pasirodo esančios išskirtiniai, iš bendro konteksto iškrentantys objektai, leidžiantys pažvelgti į Visatos reiškinius iš netikėtos perspektyvos. Patyręs mokslininkas gali būti išmokęs jas atpažinti ir įžvelgti, tačiau tam nebeužtenka vien žmogiškųjų išteklių – duomenų kiekiai tampa milžiniški.
Šiandien dirba itin galingi astronominiai teleskopai. Pavyzdžiui, Džeimso Webbo kosminis teleskopas kasdien sugeneruoja dešimtis gigabaitų duomenų, priklausomai nuo suplanuotų stebėjimų. Netrukus visiškai naują mastelį atvers Vera Rubino observatorija, turinti didžiausią kada nors sukurtą skaitmeninę kamerą – ji kasnakt fiksuos apie 20 terabaitų žalių duomenų ir jau dabar reikalauja specialios infrastruktūros jų apdorojimui.
Prie šio duomenų „tvano“ prisidės ir kiti naujos kartos teleskopai, tokie kaip „Giant Magellan Telescope“ ir „Extremely Large Telescope“. Kartu jie sukurs tokį astronominių stebėjimų mastą, kad tradicinis, vien tik žmonių atliekamas duomenų nagrinėjimas taps praktiškai neįmanomas.
Tokiu mastu kaupiami duomenys beveik neišvengiamai slepia daugybę netikėtų atradimų. Technologijos jau seniai pranoko žmogaus smegenų gebėjimą savarankiškai peržiūrėti visą šią informaciją, tačiau dirbtinis intelektas pradeda vytis astronomijos generuojamų duomenų srautus.
Tyrimo autoriai pabrėžia, kad astronominiai archyvai talpina milžiniškus kiekius dar neištirtų duomenų, kuriuose greičiausiai slypi reti ir itin vertingi kosminiai reiškiniai. Siekdami juos ištraukti iš šio „informacijos vandenyno“, jie pasitelkė naujus pusiau prižiūrimo mašininio mokymosi metodus ir pritaikė juos Hablo paveldo archyvo (angl. Hubble Legacy Archive, HLA) duomenims.
Mokslininkai naudojo naujai sukurtą anomalijų aptikimo sistemą „AnomalyMatch“. Šis įrankis per trumpą laiką išanalizavo beveik 100 milijonų atskirų archyvo vaizdų fragmentų. HLA archyve saugomos Hablo observatorijos nuotraukos, darytos per maždaug 35 metų laikotarpį.
„AnomalyMatch“ yra neuroninis tinklas – mašininio mokymosi sistema, sukurta pagal žmogaus smegenų veikimo principus.
Ankstesniame darbe, kuriame buvo pristatytas šis įrankis, autoriai nurodė, kad „AnomalyMatch“ yra specialiai pritaikytas didelio masto užduotims: jis geba per maždaug tris dienas, naudojant tik vieną vaizdo plokštę (GPU), apdoroti beveik 100 milijonų vaizdų.
Šiam tyrimui prireikė vos dviejų–trijų dienų, kad „AnomalyMatch“ išanalizuotų tokį milžinišką duomenų kiekį – tai tik menka dalis to laiko, kurio tokiai užduočiai prireiktų žmonėms. Tai pirmas kartas, kai visas Hablo paveldo archyvas buvo taip sistemiškai ir kryptingai peržiūrėtas ieškant būtent anomalijų.
Iš apdorotų duomenų sistema sugeneravo labiausiai įtartinų objektų sąrašą, kuriame atsidūrė beveik 1400 galimų anomalijų. Toks skaičius jau yra „žmogiškai“ įveikiamas, todėl šį sąrašą toliau detaliai peržiūrėjo patys tyrėjai.
Atlikę išsamų rankinį patikrinimą, D. O’Ryanas ir P. Gómezas nustatė, kad apie 1300 objektų iš tiesų gali būti laikomi anomalijomis, o daugiau nei 800 iš jų iki šiol nebuvo aprašyti mokslinėje literatūroje.
Dažniausiai aptikta anomalijų rūšis buvo susiliejusios ir tarpusavyje sąveikaujančios galaktikos – jų rasta net 417. Tokie objektai yra svarbūs, nes padeda suprasti, kaip galaktikos keičiasi, jungiasi ir evoliucionuoja per kosminius laikotarpius.
Be to, tyrėjai aptiko 86 naujus potencialius gravitacinius lęšius. Šie reiškiniai susidaro, kai masyvūs objektai, tokie kaip galaktikos ar galaktikų spiečiai, iškreipia erdvėlaikį ir veikia tarsi kosminiai lęšiai, sustiprinantys ir išdidinantys dar tolimesnių objektų šviesą. Gravitaciniai lęšiai yra itin svarbūs, nes leidžia stebėti kitaip pernelyg tolimus ir blankius objektus. Be to, jie padeda tirti tamsiosios materijos pasiskirstymą, matuoti atstumus bei Visatos plėtrą ir tikrinti bendrąją reliatyvumo teoriją.
Mokslininkai pastebi, kad daug gravitacinių lęšių jau buvo žinoma iš ankstesnių tyrimų, tačiau „AnomalyMatch“ padėjo identifikuoti ir visą būrį naujų, dar neaprašytų kandidatų.
Be gravitacinių lęšių, Hablo archyve aptikta ir kitų retų objektų, pavyzdžiui, vadinamosios „medūzos“ galaktikos. Tokios galaktikos dažniausiai aptinkamos galaktikų spiečiuose, kur jos skrieja tankia tarpžvaigždine terpe. Dėl vadinamojo ramvandenio slėgio iš galaktikos išplėšiamos dujų srovės, kurios nusitęsia ilgu uodegos formos dariniu. Šis dažnai švyti dėl vykstančios aktyvios žvaigždėdaros. Archyve rasta 35 tokie objektai.
Tyrimas atskleidė ir keletą anomalijų, kurių prigimtis dar nėra aiški. Viena jų – keistos struktūros galaktika su sūkuriuotu centru ir atviromis, lobių pavidalo struktūromis, kurioms kol kas trūksta vienareikšmio paaiškinimo.
Apskritai milžiniški astronominiai archyvai yra ideali erdvė dirbtiniam intelektui: tokios apimties duomenų jokie mokslininkų kolektyvai fiziškai negali peržiūrėti rankiniu būdu. „AnomalyMatch“ pademonstravo, kad DI gali išgryninti nedidelį, tačiau itin vertingą objektų sąrašą, kurį žmonės jau sugeba detaliai ištirti ir interpretuoti.
Tarp aptiktų reiškinių taip pat buvo persidengiančios galaktikos, nelygios, „grūdėtos“ struktūros galaktikos, žiedinės galaktikos, itin tolimos (didelio poslinkio į raudonąją sritį) galaktikos, vos prieinančios stebėjimų ribas, taip pat galaktikos su čiurkšlėmis bei galaktikos, talpinančios aktyvius branduolius (AGN).
Net jei nuo rytojaus būtų visiškai sustabdyti visi nauji astronominiai stebėjimai, atradimų procesas dar ilgai nesibaigtų. Vis labiau tobulėjant dirbtinio intelekto metodams, jau sukaupti milžiniški duomenų rinkiniai iš Hablo teleskopo, ESA misijos „Gaia“ ir kitų projektų dar ilgai bus derlinga dirva naujiems atradimams.
Kol kas niekas negali tiksliai pasakyti, kokių dar netikėtų objektų ar reiškinių slypi šiuose archyvuose, tačiau akivaizdu, kad didelė jų dalis bus surasta būtent pasitelkus dirbtinį intelektą.
P. Gómezas pabrėžia, kad šis darbas yra ryškus pavyzdys, kaip dirbtinis intelektas gali padidinti mokslinę grąžą iš jau surinktų archyvinių duomenų. Tai, kad Hablo archyve pavyko aptikti tiek daug iki šiol nefiksuotų anomalijų, rodo, kokį potencialą tokios priemonės turės ateityje, kai pradės veikti naujos kartos dangaus apžvalgos ir observatorijos.
