首個由AI發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)、分類和共享的超新星

一項全自動的過程,包括一個全新的AI工具,成功地發(fā)現(xiàn)、識別和分類了它的第一個超新星。

這項由西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際合作開發(fā)的新系統(tǒng)自動化了整個夜空中新超新星的搜索過程,有效地排除了人類的參與。這不僅極大地加速了分析和分類新超新星候選者的過程,也避免了人為的錯誤。

該團(tuán)隊本周向天文界通報了這一新工具——BTSbot(Bright Transient Survey Bot)的啟動和成功。在過去的六年中,人類已經(jīng)花費了總計2200小時來視覺檢查和分類超新星候選者。隨著這一新工具正式上線,研究人員可以將這寶貴的時間用于其他工作,加快發(fā)現(xiàn)的步伐。

“這是有史以來第一次,一系列的機器人和AI算法觀察、識別,然后與另一個望遠(yuǎn)鏡通信,最終確認(rèn)了超新星的發(fā)現(xiàn),”西北大學(xué)的Adam Miller說道。“這代表著一個重要的進(jìn)步,隨著模型的進(jìn)一步改進(jìn),機器人可以分離出特定類型的恒星爆發(fā)。最終,排除人類的參與為研究團(tuán)隊提供了更多時間來分析他們的觀測數(shù)據(jù),并提出新的假設(shè)來解釋我們觀測到的宇宙爆炸的起源?!?/p>

“我們實現(xiàn)了世界上第一個完全自動的超新星發(fā)現(xiàn)、識別和分類,”西北大學(xué)的Nabeel Rehemtulla補充道?!斑@極大地簡化了大型超新星研究,幫助我們更好地理解恒星的生命周期和超新星產(chǎn)生的元素,如碳、鐵和金?!?/p>

Miller是西北大學(xué)溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的物理和天文學(xué)助理教授,也是多學(xué)科探索與研究天體物理中心(CIERA)的成員。Rehemtulla是Miller研究小組的天文學(xué)研究生。

省略中間環(huán)節(jié)

為了檢測和分析超新星,人類目前與機器人系統(tǒng)密切合作。首先,機器人望遠(yuǎn)鏡反復(fù)拍攝同一片夜空區(qū)域,尋找在以前的圖像中不存在的新源。然后,當(dāng)這些望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)新的東西時,人類接手。

“自動化軟件提供了一份候選爆炸列表給人類,他們花時間驗證候選者并進(jìn)行譜學(xué)觀測,”Miller說道。“我們只能通過收集它的光譜來確定候選者是否真的是一個超新星——源的展開光,揭示爆炸中存在的元素。已經(jīng)有機器人望遠(yuǎn)鏡可以收集光譜,但這也經(jīng)常是由人類操作帶有光譜儀的望遠(yuǎn)鏡來完成的。”

研究人員開發(fā)了BTSbot來消除這種人類中間環(huán)節(jié)。為了開發(fā)這一AI工具,Rehemtulla使用了來自近1.4百萬歷史圖像的來自近1.6萬源的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一個機器學(xué)習(xí)算法,包括已確認(rèn)的超新星、暫時閃光的恒星、周期性變化的恒星和閃爍的星系。

“Zwicky瞬態(tài)設(shè)備(ZTF)一直在運行,過去六年中,我和其他人花了超過2000小時視覺檢查候選者,并決定哪些要進(jìn)行譜學(xué)觀測,”加州理工學(xué)院(Caltech)的天文學(xué)家Christoffer Fremling說道,他開發(fā)了另一個名為SNIascore的AI工具,并為BTSbot的開發(fā)做出了貢獻(xiàn)?!皩TSbot添加到我們的工作流程中將消除我們花時間檢查這些候選者的需要。”

早期成功以及一波寬慰

為了測試BTSbot,研究人員尋找一個名為SN2023tyk的新發(fā)現(xiàn)的超新星候選者。ZTF是一個自動觀測夜空以尋找超新星的機器人觀測臺,首次在10月3日發(fā)現(xiàn)了這一源。BTSbot在實時篩選ZTF的數(shù)據(jù)時于10月5日發(fā)現(xiàn)了SN2023tyk。

從那里,BTSbot自動從帕洛瑪天文臺(Palomar Observatory)請求了這個潛在超新星的光譜,另一臺機器人望遠(yuǎn)鏡(SED Machine)進(jìn)行了深入觀測,獲得了源的光譜。然后,SED Machine將這個光譜發(fā)送給加州理工學(xué)院的SNIascore來確定超新星的類型:白矮星在雙星系統(tǒng)中完全爆炸,或者是一顆巨大恒星的核心坍縮。

在確定候選者是Ia型超新星(一種白矮星在雙星系統(tǒng)中爆發(fā)的恒星爆炸)后,自動系統(tǒng)于10月7日公開分享了這一發(fā)現(xiàn)。

在BTSbot運行的第幾天,Rehemtulla感到一種緊張和興奮的混合感。

“模擬的表現(xiàn)非常出色,但你永遠(yuǎn)也不知道它在真實世界中是如何的,直到你真正去嘗試,”他說?!耙坏﹣碜許EDM的觀測數(shù)據(jù)和自動分類來自SNIascore的結(jié)果傳回來,我們感到了一股巨大的寬慰。美妙的是,一旦所有的東西都被打開并且正常工作,我們實際上什么都不需要做。我們晚上睡覺,早上起來,我們看到BTSbot和其他的AI堅定不移地完成他們的工作?!?/p>

該合作還包括來自加州理工學(xué)院、明尼蘇達(dá)大學(xué)、英國利物浦約翰·穆爾斯大學(xué)和瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的天文學(xué)家。

本文譯自 phys.org,由 BALI 編輯發(fā)布。

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2023-10-17
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