AI για να βοηθήσει στη μελέτη των πρώτων εικόνων από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο ετοιμάζονται να μελετήσουν τις πρώτες εικόνες που τραβήχτηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, οι οποίες πρόκειται να κυκλοφορήσουν στις 12 Ιουλίου.

Μερικοί αστρονόμοι θα εκτελούν αλγόριθμους μηχανικής μάθησης στα δεδομένα για να ανιχνεύσουν και να ταξινομήσουν γαλαξίες στο βαθύ διάστημα σε επίπεδο λεπτομέρειας που δεν έχει ξαναδεί. Ο Μπραντ Ρόμπερτσον, καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Κρουζ, στις ΗΠΑ πιστεύει ότι τα στιγμιότυπα του τηλεσκοπίου θα οδηγήσουν σε επιτεύγματα αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα πώς σχηματίστηκε το σύμπαν πριν από περίπου 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια.

«Τα δεδομένα του JWST είναι συναρπαστικά γιατί μας δίνουν ένα άνευ προηγουμένου παράθυρο στο υπέρυθρο σύμπαν, με μια ανάλυση που μόνο ονειρευόμασταν μέχρι τώρα», είπε. Το μητρώο. Ο Robertson βοήθησε στην ανάπτυξη Μορφέας, ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης που έχει εκπαιδευτεί να κάνει πόρους πάνω από εικονοστοιχεία και να διακρίνει θολά αντικείμενα σε σχήμα σταγόνας από τη βαθιά άβυσσο του διαστήματος και να καθορίζει εάν αυτές οι δομές είναι γαλαξίες ή όχι, και αν ναι, τι είδους.

Το λογισμικό θα χρησιμοποιηθεί ως μέρος του προγράμματος COSMOS-Webb, του μεγαλύτερου και πιο φιλόδοξου έργου που θα αναλάβει το τηλεσκόπιο τον πρώτο χρόνο του. Ο Robertson και μια ομάδα σχεδόν 50 ερευνητών θα ερευνήσουν μισό εκατομμύριο γαλαξίες από ένα κομμάτι του ουρανού. θα ψάξουν για τους παλαιότερους, πλήρως εξελιγμένους γαλαξίες για να μελετήσουν πώς εξελίχθηκε η σκοτεινή ύλη με την πάροδο του χρόνου καθώς αυτές οι δομές άρχισαν να φιλοξενούν αστέρια και θα χρησιμοποιήσουν το λογισμικό για να αυτοματοποιήσουν αυτή τη διαδικασία.

Ο Robertson και οι συνάδελφοί του έχουν ενημερώσει το Morpheus για να προσαρμοστεί στα δεδομένα από το JWST. «Έχουμε πλέον ενσωματώσει μεθόδους προσοχής που επιτρέπουν την ταξινόμηση μεγαλύτερων περιοχών εικόνων κάθε φορά, κάτι που είχε ως αποτέλεσμα την επιτάχυνση κατά περίπου εκατό. Ο νεότερος Morpheus μπορεί να ταξινομήσει μεγαλύτερες εικόνες πιο γρήγορα και πιο αξιόπιστα από πριν», μας είπε.

Η τελευταία έκδοση του λογισμικού έχει επίσης νέες δυνατότητες επεξεργασίας εικόνας, όπως το deblending που μπορεί να διαχωρίσει αστρονομικά αντικείμενα που φαίνεται να επικαλύπτονται στον ουρανό, εξήγησε. 

Αυτές οι ικανότητες θα είναι χρήσιμες καθώς το JWST παρέχει μια ευρύτερη και βαθύτερη άποψη του σύμπαντος από ποτέ, και κάθε εικόνα θα περιέχει περισσότερες δομές που δεν μπορούν να μελετηθούν χειροκίνητα με γυμνό μάτι. Ο Μορφέας αρχικά εκπαιδεύτηκε σε 7,600 εικόνες γαλαξιών που τραβήχτηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA και ο Robertson πιστεύει ότι θα πρέπει να επανεκπαιδευτεί για να προσαρμοστεί καλύτερα στα δεδομένα από το JWST.

«Θα προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε το Morpheus όπως είναι στα δεδομένα JWST χωρίς να επανεκπαιδευτούμε πρώτα και να ελέγξουμε την απόδοση για αντικείμενα σε περιοχές του ουρανού όπου υπάρχουν δεδομένα Hubble και JWST», μας είπε.

«Είναι πιθανό να χρειαστεί να επανεκπαιδεύσουμε τον Morpheus με βάση τα δεδομένα του JWST, δεδομένου ότι τα δεδομένα του JWST είναι πιο κόκκινα, εκτείνονται σε ένα ευρύτερο εύρος μηκών κύματος και η λειτουργία σημειακής εξάπλωσης - βασικά αυτό που μοιάζει με ένα αστέρι μέσω των οπτικών του τηλεσκοπίου - διαφέρει από το Hubble».

Ο Morpheus θα τρέχει στον υπερυπολογιστή του UC Santa Cruz πολυτέλεια, Η οποία είναι ένοπλες με 80 υπολογιστικούς κόμβους μόνο για CPU που ο καθένας περιέχει δύο επεξεργαστές Intel Cascade Lake Xeon 20 πυρήνων και 28 κόμβους μόνο για GPU που περιέχουν δύο GPU Nvidia V100 ο καθένας. «Όταν τα δεδομένα είναι διαθέσιμα, η εκτέλεση του Morpheus σε όλες τις εικόνες JWST θα διαρκέσει μόνο λίγες μέρες το πολύ στο lux», είπε ο Robertson. 

Το πολυαναμενόμενο τηλεσκόπιο των δέκα δισεκατομμυρίων δολαρίων εκτοξεύτηκε τελικά την ημέρα των Χριστουγέννων πέρυσι μετά από επανειλημμένες καθυστερήσεις. Ο έλεγχος εδάφους πέρασε μήνες ευθυγραμμίζοντας τέλεια το σύνθετο σύστημα 18 κατόπτρων πριν το όργανο αρχίσει να το ανιχνεύει πρώτα φωτόνια τον Φεβρουάριο. ®