Представив новый метод исследования формирования галактик и эволюции, команда продемонстрировала потенциал искусственного интеллекта (ИИ) в выявлении редких слабых сигналов в больших астрономических данных.
"Нейтральные поглотители углерода" из холодного газа с пылью во Вселенной служат важными зондами для изучения формирования и эволюции галактик. Однако сигналы линий поглощения нейтрального углерода слабые и чрезвычайно редкие.
Астрономы изо всех сил пытались обнаружить эти поглотители в массивных спектральных наборах данных квазаров, используя обычные методы корреляции. "Это все равно что искать иголку в стоге сена", - сказал профессор Ge.
В 2015 году в спектрах десятков тысяч квазаров, выпущенных ранее SDSS, было обнаружено 66 нейтральных поглотителей углерода, что является наибольшим количеством полученных образцов.
В этом исследовании команда профессора Ge разработала и обучила deep, ,нейронные сети,, с большим количеством смоделированных образцов линий поглощения нейтрального углерода на основе реальных наблюдений. Команда Ge разработала и обучила deep нейронные сети с большим количеством смоделированных образцов линий поглощения нейтрального углерода. Применив эти хорошо обученные нейронные сети к данным SDSS-III, команда обнаружила 107 чрезвычайно редких поглотителей нейтрального углерода, удвоив количество образцов, полученных в 2015 году, и обнаружила больше слабых сигналов, чем раньше.
Суммируя спектры многочисленных поглотителей нейтрального углерода, команда значительно расширила возможности определения содержания различных элементов и напрямую измерила потери металла в газе, вызванные пылью.
Результаты показали, что эти ранние галактики, содержащие поглотители нейтрального углерода, претерпели быструю физическую и химическую эволюцию, когда Вселенной было всего около трех миллиардов лет (текущий возраст вселенной составляет 13,8 миллиарда). Эти галактики вступали в стадию эволюции между Большим Магеллановым облаком (LMC) и Млечным Путем (MW), производя значительное количество металлов, некоторые из которых соединялись с образованием пылевых частиц, что приводило к наблюдаемому эффекту покраснения пыли.
Это открытие независимо подтверждает недавние выводы космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который обнаружил алмазоподобную углеродную пыль в самых ранних звездах во Вселенной, предполагая, что некоторые галактики развиваются намного быстрее, чем ожидалось ранее, бросая вызов существующим моделям формирования и эволюции галактик.
В отличие от JWST, который проводит исследования по спектрам излучения галактик, это исследование исследует ранние галактики, наблюдая спектры поглощения квазаров. Применение хорошо обученных нейронных сетей для поиска нейтральных поглотителей углерода предоставляет новый инструмент для будущих исследований ранней эволюции Вселенной и галактик, дополняющий исследовательские методы JWST.
"Необходимо разработать инновационные алгоритмы искусственного интеллекта, которые смогут быстро, точно и всесторонне исследовать редкие и слабые сигналы в массивных астрономических данных", - сказал профессор Ge.
Команда стремится продвинуть метод, представленный в этом исследовании, для распознавания изображений путем извлечения множества связанных структур для создания искусственных "мультиструктурных" изображений для эффективного обучения и обнаружения слабых сигналов изображения.
Источник: Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, Китайская академия наук
На изображении:
Впечатление художника: Наземный цифровой телескоп Sloan Sky Survey зафиксировал огромное количество спектров квазаров ранней вселенной. Обученная нейронная сеть Deep с искусственным интеллектом впервые обнаружила рекордно слабые линии поглощения нейтрального углерода, созданные холодной средой ранних галактик, в спектральных данных этого квазара.
Дополнительные материалы
