BTSbot — штучний інтелект, який успішно виявляє та класифікує наднові

Повністю автоматизований процес, включаючи абсолютно новий інструмент штучного інтелекту (AI), успішно виявив, ідентифікував і класифікував її першу наднову. Розроблена міжнародним співробітництвом під керівництвом Північно-Західного університету, нова система автоматизує весь пошук нових наднових зірок на нічному небі, фактично усуваючи людей від процесу. Це не тільки швидко прискорює процес аналізу та класифікації нових кандидатів на наднову, але й обходить людські помилки.

Цього тижня команда повідомила астрономічну спільноту про запуск і успіх нового інструменту під назвою Bright Transient Survey Bot (BTSbot). За останні шість років люди витратили приблизно 2200 годин на візуальний огляд і класифікацію кандидатів у наднові. Завдяки новому інструменту, який тепер офіційно доступний в Інтернеті, дослідники можуть перенаправити цей дорогоцінний час на інші обов’язки, щоб прискорити темпи відкриття.

«Вперше в історії серія роботів і алгоритмів штучного інтелекту спостерігали, потім ідентифікували, а потім спілкувалися з іншим телескопом, щоб нарешті підтвердити відкриття наднової», — сказав Адам Міллер з Northwestern, який керував роботою. «Це являє собою важливий крок вперед, оскільки подальше вдосконалення моделей дозволить роботам виділяти конкретні підтипи зіркових вибухів. Зрештою, видалення людей із циклу дає більше часу для дослідницької групи для аналізу своїх спостережень і розробки нових гіпотез для пояснення походження космічних вибухів, які ми спостерігаємо».

«Ми досягли першого у світі повністю автоматичного виявлення, ідентифікації та класифікації наднової», — додав Набіл Рехемтулла з Northwestern, який спільно з Міллером керував розробкою технології. «Це значно спрощує великі дослідження наднових, допомагаючи нам краще зрозуміти життєві цикли зірок і походження елементів, які створюють наднові, наприклад вуглецю, заліза та золота».

Міллер є доцентом фізики та астрономії в Північно-Західному коледжі мистецтв і наук Вайнберга та членом Центру міждисциплінарних досліджень і досліджень в астрофізиці (CIERA). Рехемтулла є аспірантом астрономії в дослідницькій групі Міллера.

Вирізання посередника

Щоб виявляти та аналізувати наднові, люди зараз працюють рука об руку з роботизованими системами. По-перше, роботизовані телескопи повторно знімають ті самі ділянки нічного неба, шукаючи нові джерела, яких не було на попередніх зображеннях. Потім, коли ці телескопи виявляють щось нове, люди беруть верх.

«Автоматизоване програмне забезпечення представляє людям список потенційних вибухів, які витрачають час на перевірку кандидатів і виконання спектроскопічних спостережень», — сказав Міллер. «Ми можемо остаточно знати, що кандидат справді є надновою, зібравши її спектр — розсіяне світло джерела, яке розкриває елементи, присутні у вибуху. Існують роботизовані телескопи, які можуть збирати спектри, але це також часто роблять люди, телескопи зі спектрографами».

Дослідники розробили BTSbot, щоб усунути цього людського посередника. Щоб розробити інструмент штучного інтелекту, Rehemtulla навчив алгоритм машинного навчання з більш ніж 1,4 мільйонами історичних зображень із майже 16 000 джерел, включаючи підтверджені наднові, тимчасово спалахають зірки, періодично змінні зірки та спалахи галактик.

«Перехідна установка Цвікі (ZTF) працювала останні шість років, і за цей час я та інші витратили більше ніж 2000 годин на візуальний огляд кандидатів і визначення того, які спостерігати за допомогою спектроскопії», — сказав Крістофер Фремлінг, астроном. в Каліфорнійському технологічному інституті (Caltech), який розробив ще один інструмент ШІ під назвою SNIascore і зробив внесок у розробку BTSbot. «Додавання BTSbot до нашого робочого процесу позбавить нас необхідності витрачати час на перевірку цих кандидатів».

Ранній успіх і хвиля полегшення

Щоб перевірити роботу BTSbot, дослідники звернулися до нещодавно відкритого кандидата на наднову SN2023tyk. ZTF, роботизована обсерваторія, яка знімає нічне небо в пошуках наднових, вперше виявила джерело 3 жовтня. Просіюючи дані ZTF у режимі реального часу, BTSbot знайшов SN2023tyk 5 жовтня.

Звідти BTSbot автоматично запитав спектр потенційної наднової в Паломарській обсерваторії, де інший роботизований телескоп (SED Machine) проводив поглиблені спостереження, щоб отримати спектр джерела. Потім машина SED надіслала цей спектр до SNIascore Caltech, щоб визначити тип наднової: або термоядерний вибух білого карлика, або колапс ядра масивної зірки.

Визначивши, що кандидатом є наднова типу Ia (зоряний вибух, під час якого білий карлик у подвійній зірковій системі повністю вибухає), автоматизована система публічно поділилася відкриттям з астрономічним співтовариством 7 жовтня.

У перші дні запуску BTSbot Рехемтулла відчував суміш нервів і хвилювання.

«Змодельована продуктивність була чудовою, але ви ніколи не знаєте, як це втілиться в реальному світі, поки ви не спробуєте це насправді», — сказав він. «Коли спостереження від SEDM і автоматизована класифікація надійшли від SNIascore, ми відчули величезне полегшення. Принадність цього полягає в тому, що коли все ввімкнено і працює належним чином, ми фактично нічого не робимо. Ми переходимо до спати вночі, а вранці ми бачимо, що BTSbot та інші штучні інтелекти непохитно виконують свою роботу».

Під керівництвом Northwestern співпраця включала астрономів з Каліфорнійського технологічного інституту, Університету Міннесоти, Ліверпульського університету Джона Мурса в Англії та Стокгольмського університету у Швеції.