Искусственный интеллект научился классифицировать Сверхновые

+7 926 604 54 63 address
 Алгоритм машинного обучения выделяет вспышки Сверхновых из базы данных кратковременных космических событий.
Алгоритм машинного обучения выделяет вспышки Сверхновых из базы данных кратковременных космических событий.

Астрофизики Калифорнийского института технологий использовали систему машинного обучения для автономной классификации тысячи вспышек Сверхновых. Алгоритм применили на данных, собранных телескопом ZTF (Zwicky Transient Facility) — обзором неба на основе инструментов Паломарской обсерватории, который специализируется на поиске кратковременных событий на небесной сфере. SNIascore выделяет Сверхновые подтипа Ia, и в будущем, вероятно, сможет определять и другие их типы.

ZTF каждую ночь сканирует всё доступное наблюдениям небо в поиске трансиентных, то есть кратковременных событий. Это могут быть пролёты астероидов, чёрные дыры в момент поедания ими очередной звезды или взрывающиеся звёзды (Новые или Сверхновые). ZTF в автоматическом режиме рассылает сотни тысяч оповещений астрономам всего мира о таких трансиентных событиях. После этого в обсерваториях, получив соответствующее оповещение с координатами, исследуют такие события и их природу. На сегодня обзор ZTF помог открыть тысячи Сверхновых.

Но событий, которые попадают в поле внимания ZTF, слишком много каждой ночью, и сотрудники обзора физически не могут классифицировать их вручную. Вместо этого для помощи в поисках они приспособили алгоритмы машинного обучения. Они разработали алгоритм SNIascore для классификации событий — кандидатов на вспышки Сверхновых. Сверхновые разделяются на два широких класса — типы I и II. Сверхновые типа I лишены водорода, тогда как типа II, наоборот, богат водородом. Самый распространённый тип взрывов — I. Такая Сверхновая взрывается, когда массивная звезда перетягивает на себя материал от соседнего звёздного объекта, и в конце концов критическая масса такого материала вызывает взрывную термоядерную реакцию. Тип II Сверхновых образуется, когда массивная звезда коллапсирует под действием собственной гравитации (такая судьба, как считается, ожидает крупные звёзды в конце их жизненного цикла. Например, Сверхновой может стать Бетельгейзе, хотя на этот счёт есть определённые сомнения).

На настоящий момент SNIascore умеет классифицировать особый подтип Сверхновых — Ia. Такие звёзды в астрономии и космологии ещё и служат «стандартными свечами», то есть объектами, по которым можно определить расстояние до удалённых галактик, в которых они взорвались. Это умирающие звёзды, которые заканчивают свой цикл термоядерным взрывом «умеренной» силы — более слабым, чем обычные. Сверхновые типа Ia помогают астрономам измерить скорость расширения Вселенной. В будущем алгоритм, возможно, удастся приспособить и для других типов Сверхновых — во всяком случае, после этого первого успеха авторы работают над этим.

Сверхновая типа Ia, возможно, не так давно взорвалась в нашей Галактике недалеко от Солнечной Системы. Более того, это могла быть одна из всего пяти Сверхновых, взрывы которых наблюдали в историческое время и о которых есть соответствующие записи в хрониках. Но это событие произошло в 1181 году, и до нас дошли только китайские и японские хроники, повествующие об этом событии, естественно, крайне неточные по меркам современной астрономии. Долгое время эта звезда оставалась самой загадочной Сверхновой: остатки четырёх других взрывов — в виде туманностей на небе, в частности, Крабовидную туманность как след от взрыва звезды SN 1054 — астрономы давно обнаружили и исследуют. Подробнее про «китайскую» Сверхновую SN 1181 можно прочитать в отдельной большой статье.
Zwicky Transient Facility at Palomar Observatory
Телескоп обзора ZTF Паломарской обсерватории в Калифорнии. Palomar Observatory/Caltech.

Каждую ночь ZTF регистрирует вспышки на небе, которые могут оказаться Сверхновыми. Телескоп посылает данные на спектрограф в отдельном здании в Паломаре под названием SEDM (Spectral Energy Distribution Machine). SNIascore работает в связке с SEDM, пытаясь определить, какая из вспышек будет предположительно Сверхновой типа Ia. В результате у астрофизиков в распоряжении оказывается очищенный набор данных с меньшим количеством шумов, то есть ложных срабатываний, когда за Сверхновую ошибочно приняли какой-либо другой объект. Эти данные уже можно рассылать астрономам по всему миру, занимающимся именно этой тематикой. SNIascore пока оказался удивительно точным. На учебной выборке данных ZTF, в которой были 1000 известных Сверхновых (наблюдения ZTF с апреля 2021 года, когда алгоритм был впервые запущен как часть поточной процедуры обработки данных), он расклассифицировал их без явных ошибок, то есть «ложных срабатываний» и «пропуска цели», или статистических ошибок первого и второго рода. Время работы алгоритма по обработке данных ночи наблюдений составляет около десяти минут вместо обычных 2-3 дней «ручной» классификации. Это значит, что данные по окончании ночной смены наблюдений можно будет рассылать астрономам практически в режиме реального времени. Сам алгоритм находится в свободном доступе, и астрофизики, использующие другие инструменты для наблюдений, могут пробовать его адаптировать под свои задачи (специалисты могут подробнее ознакомиться с системой ИИ в соответствующей технической статье астрономов CalTech).

SNIascore разработан как часть обзора ZTF Bright Transient Survey — на сегодня это самая крупная база данных Сверхновых, доступная астрономам. Полный набор данных BTS содержит около семи тысяч Сверхновых, из которых 90% открыты и классифицированы при помощи ZTF; оставшиеся 10% приходятся на другие исследовательские группы и научные инструменты.

.
Комментарии