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科學(xué)家通過人工智能在海量天文數(shù)據(jù)中“挖寶”
2024年05月16日 10時(shí)15分   新華網(wǎng)

面對海量的天文數(shù)據(jù),人工智能可以大顯身手。中國科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員葛健帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)通過人工智能深度學(xué)習(xí)方法,在國際斯隆數(shù)字巡天項(xiàng)目第三期釋放的類星體光譜數(shù)據(jù)中,成功“挖寶”。

5月15日,國際天文學(xué)權(quán)威期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》刊登了相關(guān)研究成果。

研究過程藝術(shù)示意圖。(中國科學(xué)院上海天文臺(tái)供圖)

據(jù)葛健介紹,宇宙冷氣體和塵埃中的“中性碳吸收體”,是研究星系形成和演化的重要探針。但中性碳吸收線的信號(hào)微弱且極其稀少,需要在海量的類星體光譜數(shù)據(jù)中才能找到,使用傳統(tǒng)的搜尋方法耗時(shí)費(fèi)力,如同“大海撈針”。

研究團(tuán)隊(duì)通過使用人工智能的深度學(xué)習(xí)方法,設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),生成基于實(shí)際觀測的中性碳吸收線特征的大量仿真樣本,去訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并使用這些被“訓(xùn)練好”的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在國際斯隆數(shù)字巡天項(xiàng)目第三期釋放的數(shù)據(jù)中搜尋“中性碳吸收體”。

通過這一創(chuàng)新方法,研究團(tuán)隊(duì)很快發(fā)現(xiàn)了107例宇宙早期星系內(nèi)的冷氣體云塊有“中性碳吸收體”。這一樣本數(shù)是此前獲得的最大樣本數(shù)的近兩倍,且探測到了更多比以前更微弱的信號(hào)。

發(fā)現(xiàn)了這么多冷氣體的“中性碳吸收體”,研究團(tuán)隊(duì)把這些光譜疊加到一起,極大提高了探測各種金屬元素豐度的能力,并能直接測量塵埃吸附導(dǎo)致的部分金屬豐度缺失。

研究結(jié)果表明,早在宇宙只有約30億年的年齡時(shí)(宇宙現(xiàn)在的年齡為約138億年),這些攜帶“中性碳吸收體”探針的早期星系,已經(jīng)過了快速物理和化學(xué)演化,進(jìn)入了介于大麥哲倫矮星系和銀河系之間的物理和化學(xué)演化狀態(tài),產(chǎn)生了大量的金屬,同時(shí)部分金屬被吸附到塵埃上,產(chǎn)生觀測到的“塵埃紅化”結(jié)果。

“我們這一發(fā)現(xiàn),獨(dú)立驗(yàn)證了近期詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡首次在宇宙最早的恒星中,探測到類似鉆石的碳塵埃的新發(fā)現(xiàn),預(yù)示部分星系的演化比預(yù)期要快得多,這將對現(xiàn)有的星系形成和演化模型形成挑戰(zhàn)?!备鸾≌f。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,此項(xiàng)研究是人工智能在天文大數(shù)據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用的一次重要突破。人工智能深度學(xué)習(xí)方法,在多領(lǐng)域圖像識(shí)別以及微弱信號(hào)探測中,具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和潛力。未來,有望在海量的天文數(shù)據(jù)中挖到更多的“寶貝”。(張建松)

(責(zé)任編輯:蔡文斌)

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