Uma rede neural chamada ASTERIS identificou 162 galáxias candidatas dos primeiros 500 milhões de anos do universo em fotografias do telescópio espacial James Webb. A equipe liderada por Yuduo Guo, da Universidade Tsinghua, na China, divulgou a descoberta. O sistema IA triplicou o número de galáxias primitivas previamente encontradas nessas mesmas fotografias.
A tecnologia remove ruído de imagens astronômicas. De acordo com o Sky and Telescope, o sistema detecta fontes celestes aproximadamente 2,5 vezes mais tênues que os métodos convencionais, uma magnitude completa mais profunda do que era possível anteriormente.
Como funciona a rede neural
Estes exemplos comparam imagens empilhadas, compostas por múltiplas exposições, com a redução de ruído do ASTERIS.
A ASTERIS é uma rede de inteligência artificial autossupervisionada baseada em transformadores. Pesquisadores humanos fornecem os dados para treinamento. A rede ensina a si mesma o que constitui ruído, sem que humanos indiquem exatamente quais características são ruído.
O sistema divide 16 exposições do mesmo campo celeste em dois conjuntos. Ambos os conjuntos contêm os mesmos alvos celestes, mas com ruído de fundo diferente. A comparação entre os dois conjuntos ensina a rede a distinguir o que é ruído.
Após o treinamento, a ASTERIS identifica características em oito exposições de entrada que, de outra forma, exigiriam 168 exposições para serem reveladas. A inteligência artificial necessita de menos de duas horas do tempo do telescópio Webb para identificar as mesmas características que, anteriormente, demandariam mais de um dia e meio de observação.
As imagens produzidas pela ASTERIS foram comparadas com imagens profundas reais para referência. A comparação demonstrou que a rede está detectando características reais que estavam ocultas no ruído.
Aplicação em dados existentes
Os pesquisadores aplicaram a ASTERIS a imagens do JADES (Levantamento Profundo Extragaláctico Avançado do telescópio espacial) como prova de conceito. Das 162 galáxias candidatas identificadas, dezenas são galáxias primitivas dos primeiros 500 milhões de anos do universo.
“Desbloqueando fontes fracas em terabytes de dados existentes sem tempo adicional de telescópio”, afirmou Zheng Cai, da Universidade Tsinghua, na China, membro da equipe.
Zheng Cai afirmou que as 162 galáxias do JADES incluem todas as galáxias primordiais previamente confirmadas. Das novas galáxias candidatas, 75%, ou cerca de 82, passaram na validação da equipe. Dessa forma, o resultado mais que dobra o número de galáxias dos primeiros 500 milhões de anos do universo encontradas dentro deste campo do JADES.
Desenvolvimento e tecnologia anterior
O desenvolvimento da ASTERIS representa uma melhoria sobre a tecnologia anterior de inteligência artificial a fim de remover ruído. A tecnologia anterior foi desenvolvida pelo cientista da computação Jaakko Lehtinen, da Universidade Aalto, na Finlândia.
Agora, a equipe planeja avançar aplicando a ASTERIS a dados adicionais tanto do Webb quanto do telescópio Subaru de 8,2 metros no Havaí.
Taxa de falsos positivos
Testes durante a construção da rede mostraram que a ASTERIS tem uma taxa de falsos positivos de 10%. Falsos positivos são galáxias identificadas pela inteligência artificial que não existem realmente. Tais falsos positivos, às vezes chamados de alucinações, são uma característica pela qual a inteligência artificial se tornou conhecida.
“Quanto menos você pode tolerar falsos positivos, mais verdadeiros positivos você perderá”, declarou Jaakko Lehtinen. “Por outro lado, quanto mais sensível você configurar seu detector, mais falsos positivos você obterá.”
Zheng Cai explicou: “Se a ASTERIS encontrar 10 novas galáxias distantes neste limite 1 magnitude mais profundo, espera-se que nove sejam reais e uma pode ser um falso positivo.”
Porém, o número de galáxias validadas é inferior aos 90% previstos. Isso porque o teste contra dados do mundo real é mais rigoroso… tem que ser para uso científico.
Métodos de verificação
A equipe tentou múltiplas formas de verificar o que a ASTERIS encontrou nas imagens do James Webb. O telescópio Webb possui 14 filtros de comprimento de onda. Assim, galáxias que são realmente distantes devem desaparecer quando vistas através de filtros de comprimento de onda mais curto. O gás hidrogênio que permeia o universo absorve essa luz em seu caminho até nós.
Uma pequena fração de fontes encontradas nas exposições mais curtas também pode ser confirmada contra imagens de referência profundas, quando disponíveis no arquivo do James Webb. A inspeção visual pode descartar artefatos de imagem, como os pontos brilhantes que um raio cósmico errante pode deixar para trás.
Jaakko Lehtinen comentou: “Os autores fizeram um ótimo trabalho em dissipar os temores de falsos positivos ‘alucinados’.” Ele explicou que, primeiro, a equipe “injeta” sinais falsos para ver se a ASTERIS pode detectá-los. Depois, eles treinam a rede com menos dados do que o realmente disponível para ver como ela se sai.
Avaliação e próximos passos
“Para mim, o que é legal aqui é uma aplicação sólida e inteligente e extensão de ideias anteriores para um novo domínio importante, em vez de um salto tecnológico nunca visto antes”, declarou Jaakko Lehtinen. “Isso me faz confiar mais nos resultados também.”
Embora Lehtinen reconheça que não é astrônomo, ele acrescentou que, se estivesse na área, “eu definitivamente daria uma olhada de perto. Ela [ASTERIS] pode muito bem estar pronta para o horário nobre.”
Porém, observações independentes de outras equipes precisam confirmar a fração das galáxias identificadas pela ASTERIS. Isso porque, com o design da rede publicado, outras equipes provavelmente verificarão os resultados de forma independente.
Em praticamente qualquer imagem astronômica, fontes celestes tênues superam em número as mais brilhantes. O ruído obscurece as fontes mais tênues e numerosas da visualização. Astrônomos já possuem métodos para lidar com ruído. Um deles é simplesmente observar por mais tempo, empilhando exposições em uma única imagem profunda. Porém, mesmo esses métodos têm limitações, sendo uma delas o custo elevado de fazer exposições longas do céu noturno, especialmente com um telescópio como o Webb.
É editor-chefe, repórter e copywriter, escrevendo sobre espaço, tecnologia e, às vezes, sobre outros temas da cultura nerd. Grande entusiasta da astronomia, também é interessado em exploração espacial e fã de Star Trek.
