Astronomové objevili téměř tisíc vzácných vesmírných objektů díky spojení lidské a umělé inteligence

Na rozdíl od běžně používaných postupů si síť sama požádá člověka o radu v těch případech, kde si je nejméně jistá. Metodu čeští výzkumníci s úspěchem aplikovali na čtyřech milionech spekter z největšího světového archivu spekter pořízeného čínským dalekohledem LAMOST a objevili skoro tisí­c dosud nepopsaných velmi vzácných vesmírných objektů prokazujících se emisní­mi spektrálními čárami.

K nim patří vedle horkých hvězd s rychle rotujícími disky i např. nově vznikající hvězdy s formujícím se planetárním systémem či naopak velmi hmotné vyhořívající hvězdy těsně před výbuchem. Klíčovou roli při objevu sehrálo také třináct tisíc spekter pořízených pomocí ondřejovského Perkova dalekohledu o průměru dva metry. Práce byla publikována v prestižním astronomickém časopise Astronomy and Astrophysics a katalog nově objevených hvězd je zveřejněn v celosvětové databázi Vizier.

Výjimečné vesmírné objekty

Ve vesmíru se vzácně vyskytují objekty skrývající velmi zajímavé fyzikální podmínky a neobvyklé procesy a nemusí jít jen o populární černé díry, za jejichž objev byla v minulém roce udělena Nobelova cena.

Související

Martin Pokorný

Letos bude možné i u nás pozorovat po letech…

Radek Chlup

Temná hmota podle nové studie neexistuje, řešením…

Patří sem i horké hvězdy označované jako Be, okolo kterých se vytvořil dosud neobjasněným mechanismem řídký rychle rotující plynový disk, nebo nově vznikající hvězdy zvané T Tauri, ještě zabalené v zárodečné mlhovině, u kterých jsme svědky formování protoplanet z okolního plynu a prachu.

Další zajímavou skupinou jsou kataklysmické proměnné hvězdy, ve kterých bílý trpaslík krade hmotu svému souputníkovi tak dlouho, než dojde k mohutnému výbuchu v podobě novy či dokonce supernovy. Vzácné jsou i velmi hmotné (s hmotou několika desítek Sluncí) horké hvězdy s povrchovou teplotou desítek až stovek tisíc stupňů (Slunce má méně než šest tisíc), které jsou označované jako typ WR podle astronomů Wolfa a Rayeta. Tyto hvězdy vyčerpaly zásobu vodíku a spalují uhlík, dusík či kyslík, odfoukly silným hvězdným větrem již většinu hmoty do okolního prostoru a i je čeká poměrně brzy gigantická exploze v podobě supernovy.

Spektra jako důležitý nástroj poznání

Všechny tyto objekty vypadají na snímcích oblohy stejně jako běžné hvězdy a při jejich odhalení nepomůže ani kombinace CCD snímků v několika barevných filtrech, jak nám ji poskytují rozsáhlé obrazové přehlídky oblohy. Spolehlivě je usvědčí jen jejich spektra, ve kterých se nacházejí charakteristické kombinace emisních čar. Každý jistě ví, že duha vznikající na vodních kapkách je vlastně spektrum našeho Slunce, a mnoho lidí si i všimlo, že podobné spektrum vidí i po odrazu na povrchu CD nebo DVD. Pokud ale pustíme na DVD přes úzkou štěrbinu světlo zářivky či pouliční výbojky, uvidíme jen několik oddělených úzkých barevných čar. To jsou právě emisní čáry vzniklé vyzařováním plynu v lampě. Stejné je to u vesmírných objektů. Z jejich spektra dokážeme určit nejen chemické složení, hustotu a teplotu atmosféry, existenci disku či výtrysků hmoty, ale také  jak rychle se od nás vzdalují či se přibližují, nebo dokonce zda mají okolo sebe planety. Podobně podle jiného typu emisního spektra poznáme bezpečně kvazary, tedy  jádra galaxií mohutně zářící díky superhmotným  černým děrám o hmotnosti miliónů až miliard hmot Slunce v jejich nitru.

Dá se říci, že spektrum je vlastně pro vesmírný objekt takový nezaměnitelný otisk prstu. Astronomové si ho nejraději prohlížejí v podobě grafu závislosti intenzity záření na vlnové délce (čili barvě) a vypadá jako vodorovná  či trochu nakloněná čára  s různými kopci (emisní čáry) a údolími (absorbční čáry). Přestože se desítky let vyvíjejí automatické algoritmy, jak objekty podle podoby spekter zařazovat do různých tříd, fungují dobře jen pro běžné hvězdy, které umíme i celkem dobře matematicky modelovat. Ale na výše zmíněné exotické případy to neplatí. Tam hraje stále zkušené oko astrofyzika klíčovou roli.
V minulosti velký dalekohled pořizoval spektrum jednoho objektu několik hodin na fotografickou desku. Takto byl také před téměř sto lety Edwinem Hubblem objeven rudý posuv ve spektrech vzdálených galaxií a bylo tím prokázáno rozpínání vesmíru. Moderní spektrografy obsahují tisíce optických vláken, která robotický podavač automaticky umístí podle fotografie hvězdného pole na jednotlivé objekty a během desítek minut je naráz pořízeno několik tisíc spekter.

Díky tomuto pokroku dnes existují archívy čítající deset i více milionů spekter, z nichž naprostou většinu lidské oko dosud nevidělo, a většina informací o nich je pouze výsledkem aplikace automatických algoritmů.

Největší spektrální přehlídkou je v současnosti archív čínského šestimetrového dalekohledu LAMOST vybaveného čtyřmi tisíci vlákny umísťovanými pomocí dvojnásobného počtu mikromotorů v zorném poli o průměru deseti měsíčních úplňků. LAMOST nese jméno Guo Shoujingův dalekohled po významném středověkém čínském astronomovi, geografovi, inženýrovi a vědeckém poradci Kublajchána. Jeho znalosti a přesné přístroje obdivoval i Marco Polo během svých pobytů. Málo se ví, že Guo Shoujing vytvořil přesný kalendář na základě stanovení délky oběhu Země s chybou pouhých 26 sekund, i to, že dosáhl podobné přesnosti měření pohybu planet jako tři století po něm Tycho Brahe.

Při plánování pozorování s LAMOSTem se na konkrétní cílové objekty v zorném poli umístí jen pár set vláken na základě priorit vědeckých programů a zbytek pozic vybere automatický algoritmus na základě rozsáhlých hvězdných katalogů. Ten vlákna umisťuje tak, aby si jejich ramena či motorky nepřekážely, a přitom tak, aby vybrané hvězdy byly dostatečně jasné pro pořízení dobrého spektra. O drtivé většině cílů, na které jsou umístěna vlákna, proto dosud není známo více než v oněch katalozích. Je proto velká šance najít zde dosud neznámé exotické objekty popsané výše. Navíc nová spektra přibývají tempem několika milionů za rok. Stačí "jen" aby si všechna spektra v archívu  detailně prohlédl zkušený astrofyzik.

Využití umělé inteligence

Je zřejmé, že detailní prohlížení spekter člověkem není prakticky možné. I kdyby expert označil (zařadil do příslušné třídy) jedno spektrum každých 10 sekund, trvala by mu klasifikace současného veřejného archívu LAMOSTu s devíti milióny spekter skoro tři roky. Proto se vkládají velké naděje do použití umělé inteligence.

V současnosti hlavně do hlubokých (tj. mnohovrstvých) neuronových konvolučních sítí s úspěchem používaných v samořiditelných autech, mobilních hlasových asistentech, strojovém překladu, personalizaci reklamy či při rozpoznávání zvuků nebo písma.