V hlubinách archivu kosmického teleskopu Hubble, kde se za desetiletí nahromadily desítky milionů obrázků, se skrývaly vzácné kosmické jevy, na které nikdo nevěnoval pozornost. To nebylo kvůli jejich nedůležitosti, ale spíše kvůli množství dat, které přesahovalo schopnosti lidí zpracovávat je ručně.
Nedávná vědecká studie odhalila, jak chytrý nástroj nazvaný „AnomalyMatch“ dokázal během několika dní analyzovat přibližně 100 milionů astronomických snímků a vytáhnout z nich stovky dosud neznámých objektů a jevů, čímž otevřel nové obzory v oblasti pozorovací astronomie.
Technologie za „AnomalyMatch“
Nástroj „AnomalyMatch“ funguje kombinováním několika chytrých myšlenek najednou, jeho hlavním cílem je naučit algoritmus rozpoznávat „neobvyklé objekty“ na snímcích z vesmíru, a to i bez předchozích instrukcí, co má hledat. Tato technologie se opírá o metodu, známou jako polo-dozorované učení, což je přístup, který umožňuje umělé inteligenci učit se z dat, která nejsou zcela klasifikována.
V tomto kontextu algoritmus dočasně označuje některé obrázky, když je si jistý svými závěry, což se nazývá „pseudo-označování“. Také se musí držet stejného výsledku i při drobných přetvářeních snímku, jako je rotace nebo změna osvětlení, což je technika známá jako „organizace konzistence“. Cílem této techniky je zajistit, že model chápe strukturu samotného objektu, nikoli pouze jeho vzhled.
Odhalování neočekávaného
Projekt „AnomalyMatch“ nevznikl náhodně, ale jako výsledek jednoduché otázky, kterou si položili astronomové Evropské vesmírné agentury, David O’Ryan a Pablo Gómez: Co kdyby archivy Hubble skrývaly jevy, které dosud nikdo nezaregistroval? Po více než třech desetiletích akumulovaných snímků si vědci uvědomili, že lidské oko, jakkoli je zkušené, již nestačí na sledování přílivu těchto dat.
Přišlo tedy na řadu vyvinout chytrý nástroj schopný prozkoumat celý archív Hubble, nikoli v hledání toho, co známe, ale v odhalování toho, co přesahuje běžné. Měsíce tréninku, testování a lidského hodnocení nakonec vedly k jedné z nejrozsáhlejších vědeckých průzkumů v historii tohoto observatoře, což otevřelo znovu „neznámé“ v obrázcích, o kterých vědci předpokládali, že jejich tajemství byla již vyčerpána.
Nástroj „AnomalyMatch“ nepracuje nezávisle na člověku; zahrnuje astronomy přímo do procesu učení prostřednictvím aktivního učení. Tento proces zahrnuje odhalování nejpodivnějších obrázků, na které algoritmus narazil, a vědec rozhoduje, zda se jedná o neobvyklý jev či nikoli. Tyto rozhodnutí pak přispívají k zlepšení modelu.
Technické aspekty „AnomalyMatch“
Z technického hlediska byl nástroj navržen s vysokou výpočetní účinností; spočívá na pokročilé struktuře neuronových sítí, známé jako „EfficientNet“, což je rodina modelů schopných extrahovat jemné detaily z obrázků s minimálním využitím zdrojů. Využitím databáze Evropské vesmírné agentury a GPU se týmu podařilo trénovat model během několika hodin a poté analyzovat téměř sto milionů astronomických snímků během dvou až tří dní – úspěch, který by bylo nemožné dosáhnout ručně.
Odhalení v archivu Hubble
Po aplikaci „AnomalyMatch“ na úplný archiv teleskopu Hubble byly výsledky ohromující, neboť vědci objevili více než 1300 unikátních anomálních jevů po odstranění duplicit. Ukázalo se, že přibližně dvě třetiny těchto objektů nebyly dosud zdokumentovány nebo studovány v žádné předchozí vědecké práci.
Tato odhalení zahrnovala stovky případů sloučení galaxií, což jsou kosmické kolize mezi dvěma či více galaxiemi, které vedou ke zdeformovaným tvarům a dlouhým hvězdným ohonům. Dále byly zaznamenány desítky gravitačních čoček, jevů, kdy se světlo ohýbá působením gravitace obrovské galaxie, která funguje jako čočka, zvětšující objekty za ní.
Byly také pozorovány galaxie známé jako „medúza“, které mají dlouhé plynové ramena vinoucí se z nich po ztrátě plynu během pohybu v hustých galaktických shlucích, spolu s vzácnými prstencovými galaxií, které vznikly často v důsledku přímé kolize, a dalšími objekty, které nedokázaly být klasifikovány. Mezi nejzajímavějšími výsledky bylo objevení desítek galaxií se nepochopitelnými deformacemi, které neodpovídají ani spirálnímu, ani eliptickému tvaru, ani některým jasně definovaným případům sloučení.
Budoucnost vědeckého objevování
Budoucnost „AnomalyMatch“ se neomezuje pouze na archív Hubble; lze ji aplikovat na data mnohouvlnového teleskopu James Webb, nočního průzkumu observatoře Vera Rubin a evropských misí Euclid, a dokonce i mimo astronomii, v oblastech jako jsou satelitní snímky nebo lékařská diagnostika, kde se vzácné případy skrývají v obrovských objemech dat.
Celkově tato studie naznačuje, že významné objevy v astronomii již nejsou omezeny pouze na gigantické teleskopy, ale závisí také na chytrých nástrojích schopných pečlivě a precizně prozkoumávat data. „AnomalyMatch“ není jen algoritmus, ale představuje hlubší transformaci ve vědeckém výzkumu, kde se hojnost dat stává zátěží na zdroj poznání, a umělá inteligence se stává skutečným partnerem ve snaze pochopit vesmír.
