Китайские учёные создали ИИ-модель для исследования глубокого космоса

Китайские исследователи разработали модель искусственного интеллекта для астрономической визуализации, которая значительно расширяет возможности учёных по изучению самых отдалённых уголков космоса.

Междисциплинарная исследовательская группа из Университета Цинхуа создала модель под названием ASTERIS (Astronomical Spatiotemporal Enhancement and Reconstruction for Image Synthesis), используя вычислительную оптику и алгоритмы ИИ.

Согласно результатам, опубликованным в пятницу в журнале Science, модель помогает извлекать чрезвычайно слабые астрономические сигналы, идентифицировать галактики на расстоянии более 13 миллиардов световых лет и генерировать самые детальные изображения глубокого космоса из когда-либо созданных.

Изучение далёких, тусклых небесных тел имеет решающее значение для понимания происхождения и эволюции Вселенной. Однако астрономы сталкиваются с серьёзной проблемой: слабые сигналы от удалённых объектов часто маскируются фоновым шумом неба и тепловым излучением телескопов.

Исследование показывает, что применение техники «самообучающегося пространственно-временного шумоподавления» модели к данным космического телескопа «Джеймс Уэбб» расширяет диапазон наблюдений от видимого света (около 500 нанометров) до среднего инфракрасного (5 микрометров). Это также увеличивает глубину обнаружения на 1,0 звёздную величину, что фактически позволяет телескопу обнаруживать объекты в 2,5 раза более тусклые, чем было возможно ранее.

Как сообщил Цай Чжэн, доцент кафедры астрономии Университета Цинхуа и член исследовательской группы, с помощью модели команда идентифицировала более 160 кандидатов в высоко-красные галактики из периода «Космического рассвета» (примерно от 200 до 500 миллионов лет после Большого взрыва), утроив количество открытий по сравнению с предыдущими методами.

Исследователи заявили, что ИИ-модель может обрабатывать огромные объёмы данных космических телескопов и совместима с различными наблюдательными платформами, что даёт ей потенциал стать универсальной платформой для улучшения данных глубокого космоса.

Традиционные методы снижения шума основаны на наложении множественных экспозиций и предполагают, что шум является однородным или коррелированным. В реальности шум в глубоком космосе варьируется как во времени, так и в пространстве. ASTERIS решает эту проблему, реконструируя изображения глубокого космоса как трёхмерный пространственно-временной объём.

С помощью «фотометрического адаптивного механизма скрининга» модель выявляет тонкие флуктуации шума и отличает их от сверхслабых сигналов далёких звёзд и галактик.

Один из рецензентов исследования отметил: «В целом, я считаю, что это очень актуальная работа, которая может оказать важное влияние на всю астрономию».

Дай Цюнхай, профессор кафедры автоматизации Университета Цинхуа, добавил, что тусклые небесные объекты, скрытые световым шумом в астрономических наблюдениях, могут быть реконструированы с высокой точностью.

В перспективе исследователи ожидают, что эта технология будет использована в телескопах следующего поколения, чтобы помочь в решении важнейших научных вопросов, связанных с изучением тёмной энергии, тёмной материи, происхождения Вселенной и экзопланет.