Школяр створив алгоритм, який зміг швидко проаналізувати 10-річний архів телескопу NEOWISE.
10 років телескоп NEOWISE від NASA сканував усе небо в інфрачервоному діапазоні, шукаючи астероїди поблизу Землі. А також записуючи все, що потрапляло в його поле зору: далекі зірки, квазари та галактики. Місія завершилася у 2024 році та залишила після себе архів із майже 200 мільярдів окремих виявлень, йдеться на сайті Indian Defence Review.
Астрономи знали, що дані містять інформацію про приховані квазари, зірки, що пульсують, і подвійні системи, що тьмяніють, коли одна проходить перед іншою. Проблема полягала в тому, що жодна людина не могла вручну просіяти 200 мільярдів вимірювань, а звичайні комп'ютерні методи були занадто повільними для обробки такого величезного обсягу.
Тому дані лишалися здебільшого непрочитаними. Старший науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту Дейві Кіркпатрік та його учні переглядали архів з цікаовсті, але не мали практичного способу витягти всі змінні об'єкти.
Публічні лекції інституту відвідував підліток із середньої школи Пасадени Маттео Паз. Влітку 2023 року він проходив стажування у лабораторії Кіркпатріка. До того Паз закінчив курс математичного аналізу підвищеної складності у математичній академії Пасадени, що поєднував кодування та теоретичну інформатику. Там він познайомився з машинним навчанням – інструментом, який він був готовий застосувати в астрономії.
Кіркпатрік планував взяти невелику ділянку неба та вручну знайти кілька змінних зірок. Паз запропонував зовсім інше в перший день. Він сказав Кіркпатріку, що хоче створити модель, яка могла б проаналізувати весь набір даних та опублікувати статтю.
Паз назвав свою модель VARnet. Як йдеться у статті, архітектура за допомогою ШІ обробляє дані астрономічних часових рядів через три інтегровані етапи. "Вейвлет-розкладання спочатку зменшує вплив помилкових вимірювань, що виникають внаслідок космічних променів або помилок приладів. Потім модифіковане дискретне перетворення Фур'є витягує періодичні особливості з нерегулярно дискретизованих кривих блиску", - пишуть автори.
Вони наголосили на критичній важливості цього кроку, оскільки NEOWISE не спостерігав зірки за фіксованим графіком – він сканував по великих колах з центром навколо Сонця, створюючи кластери спостережень з інтервалом у місяці. Тому потім нейронна мережа класифікувала кожне джерело в одну з чотирьох категорій: незмінні, тимчасові події, такі як наднові, власні пульсатори або затемнювальні подвійні системи.
Повні технічні характеристики були опубліковані в The Astronomical Journal у листопаді 2024 року, а Паз вказав себе як єдиного автора. У статті про архітектуру VARnet детально описано методи валідації моделі та показники продуктивності.
Коли Паз запустив VARnet на повному наборі даних NEOWISE, модель виявила 1,5 мільйона потенційних змінних об'єктів. Кожне позначене джерело є кандидатом, який потребує подальших спостережень та класифікації астрономами.
Деякі з них виявляться відомими об'єктами, які вперше охарактеризують в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. Деякі будуть хибнопозитивними результатами. Частина буде справді новими виявленнями квазарів, змінних зірок та тимчасових подій , які ніхто раніше не каталогізував.
Дослідники Каліфорнійського технологічного інституту надали спеціалізовану експертизу. Вони допомогли вдосконалити методи машинного навчання та дали поради щодо аналізу об'єктів, які змінюються в різні часові рамки. Співпраця також виявила обмеження: ритм спостережень NEOWISE означав, що він не міг систематично виявляти об'єкти, які спалахнули один раз і зникли, або ті, що поступово змінювалися протягом років.
Повний каталог змінних об'єктів надасть астрономічній спільноті набір даних, достатньо великий для проведення статистичних досліджень інфрачервоної мінливості по всьому небу. Паз закінчує середню школу і вже працює співробітником Каліфорнійського технологічного інституту. Він вважаєм, що потенціал моделі виходить за межі астрономії.
Нагадаємо, що астрономи зафіксували зникнення масивної зірки, яке дослідники позначили як колапс у чорну діру. При цьому на було вибуху наднової, що здебільшого супроводжує таку загибель зірок. Такі спостереження дають незвичайний погляд на те, як деякі масивні зірки можуть закінчувати своє життя.