Американский школьник обнаружил 1,5 миллиона космических объектов, которые упустило NASA

10 лет телескоп NEOWISE от NASA сканировал все небо в инфракрасном диапазоне, ища астероиды вблизи Земли. А также записывая все, что попадало в его поле зрения: далекие звезды, квазары и галактики. Миссия завершилась в 2024 году и оставила после себя архив из почти 200 миллиардов отдельных обнаружений, говорится на сайте Indian Defence Review.

Астрономы знали, что данные содержат информацию о скрытых квазарах, пульсирующих звездах и двойных системах, которые тускнеют, когда одна проходит перед другой. Проблема заключалась в том, что ни один человек не мог вручную просеять 200 миллиардов измерений, а обычные компьютерные методы были слишком медленными для обработки такого огромного объема.

Поэтому данные оставались в основном непрочитанными. Старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института Дэйви Киркпатрик и его ученики просматривали архив из любопытства, но не имели практического способа извлечь все переменные объекты.

Публичные лекции института посещал подросток из средней школы Пасадены Маттео Паз. Летом 2023 года он проходил стажировку в лаборатории Киркпатрика. До этого Паз закончил курс математического анализа повышенной сложности в математической академии Пасадены, который сочетал программирование и теоретическую информатику. Там он познакомился с машинным обучением — инструментом, который он был готов применить в астрономии.

Киркпатрик планировал взять небольшой участок неба и вручную найти несколько переменных звезд. Паз предложил совсем другое в первый день. Он сказал Киркпатрику, что хочет создать модель, которая могла бы проанализировать весь набор данных и опубликовать статью.

Алгоритм, работающий со скоростью 53 микросекунды на звезду

Паз назвал свою модель VARnet. Как говорится в статье, архитектура с помощью ИИ обрабатывает данные астрономических временных рядов через три интегрированных этапа. "Вейвлет-разложение сначала уменьшает влияние ложных измерений, возникающих вследствие космических лучей или ошибок приборов. Затем модифицированное дискретное преобразование Фурье извлекает периодические особенности из нерегулярно дискретизированных кривых блеска", — пишут авторы.

Они подчеркнули критическую важность этого шага, поскольку NEOWISE не наблюдал за звездами по фиксированному графику — он сканировал по большим кругам с центром вокруг Солнца, создавая кластеры наблюдений с интервалом в несколько месяцев. Поэтому затем нейронная сеть классифицировала каждый источник по одной из четырех категорий: постоянные, временные явления, такие как сверхновые, собственные пульсаторы или затмевающиеся двойные системы.

Полные технические характеристики были опубликованы в The Astronomical Journal в ноябре 2024 года, а Паз указал себя в качестве единственного автора. В статье об архитектуре VARnet подробно описаны методы валидации модели и показатели производительности.

1,5 миллиона кандидатов скрыты у всех на виду

Когда Паз запустил VARnet на полном наборе данных NEOWISE, модель обнаружила 1,5 миллиона потенциальных переменных объектов. Каждый отмеченный источник является кандидатом, требующим дальнейших наблюдений и классификации астрономами.

Некоторые из них окажутся известными объектами, которые впервые будут охарактеризованы в инфракрасном диапазоне длин волн. Некоторые будут ложноположительными результатами. Часть будет действительно новыми обнаружениями квазаров, переменных звезд и временных явлений, которые никто ранее не каталогизировал.

Исследователи из Калифорнийского технологического института предоставили специализированную экспертизу. Они помогли усовершенствовать методы машинного обучения и дали рекомендации по анализу объектов, которые изменяются в разные временные интервалы. Сотрудничество также выявило ограничения: ритм наблюдений NEOWISE означал, что он не мог систематически обнаруживать объекты, которые вспыхнули один раз и исчезли, или те, что постепенно менялись на протяжении лет.

Полный каталог переменных объектов предоставит астрономическому сообществу набор данных, достаточно большой для проведения статистических исследований инфракрасной переменности по всему небу. Паз заканчивает среднюю школу и уже работает сотрудником Калифорнийского технологического института. Он считает, что потенциал модели выходит за пределы астрономии.

Исчезновение сверхгигантской звезды

Напомним, что астрономы зафиксировали исчезновение массивной звезды, которое исследователи обозначили как коллапс в черную дыру. При этом не было взрыва сверхновой, который в большинстве случаев сопровождает такую гибель звезд. Такие наблюдения дают необычный взгляд на то, как некоторые массивные звезды могут заканчивать свою жизнь.