Tecnologia
L’intelligenza artificiale aiuta gli astronomi a fare nuove scoperte
La famosa prima immagine di un buco nero è appena diventata due volte più nitida. Un team di ricerca ha utilizzato l’intelligenza artificiale per migliorare drasticamente la prima immagine del 2019, che ora mostra il buco nero al centro della galassia M87 come più scuro e più grande di quanto non fosse nella prima immagine.
Sono un astronomo che studia e ha scritto di cosmologia, buchi neri ed esopianeti. Gli astronomi utilizzano l’intelligenza artificiale da decenni. Nel 1990, infatti, gli astronomi dell’Università dell’Arizona, dove sono professore, sono stati tra i primi a utilizzare un tipo di IA chiamato rete neurale per studiare la forma delle galassie.
Da allora, l’IA si è diffusa in tutti i campi dell’astronomia. Man mano che la tecnologia è diventata più potente, gli algoritmi di IA hanno iniziato ad aiutare gli astronomi a domare enormi insiemi di dati e a scoprire nuove conoscenze sull’universo.
Telescopi migliori, più dati
Da quando l‘astronomia è una scienza, si è cercato di dare un senso alla moltitudine di oggetti presenti nel cielo notturno. Questo era relativamente semplice quando gli unici strumenti erano l’occhio nudo o un semplice telescopio, e tutto ciò che si poteva vedere erano poche migliaia di stelle e una manciata di pianeti.
Cento anni fa, Edwin Hubble utilizzò i telescopi appena costruiti per dimostrare che l’universo non è pieno solo di stelle e nubi di gas, ma di innumerevoli galassie. Con il continuo miglioramento dei telescopi, anche il numero di oggetti celesti che l’uomo può vedere e la quantità di dati che gli astronomi devono analizzare sono cresciuti in modo esponenziale.
Ad esempio, l’Osservatorio Vera Rubin in Cile, di prossima realizzazione, produrrà immagini così grandi che ci vorrebbero 1.500 schermi televisivi ad alta definizione per vederle tutte. In 10 anni si prevede che genererà 0,5 exabyte di dati – circa 50.000 volte la quantità di informazioni contenute in tutti i libri della Biblioteca del Congresso.
Ci sono 20 telescopi con specchi di diametro superiore a 6 metri. Gli algoritmi di intelligenza artificiale sono l’unico modo in cui gli astronomi possono sperare di elaborare tutti i dati oggi disponibili. L’intelligenza artificiale si sta rivelando utile in diversi modi per elaborare questi dati.
Individuare i modelli
L’astronomia spesso consiste nel cercare aghi in un pagliaio. Circa il 99% dei pixel di un’immagine astronomica contiene la radiazione di fondo, la luce di altre sorgenti o il buio dello spazio, mentre solo l’1% contiene le forme sottili delle galassie più deboli.
Gli algoritmi di intelligenza artificiale, in particolare le reti neurali che utilizzano molti nodi interconnessi e sono in grado di imparare a riconoscere i modelli, sono perfettamente adatti a individuare i modelli delle galassie. Gli astronomi hanno iniziato a usare le reti neurali per classificare le galassie all’inizio del 2010. Ora gli algoritmi sono così efficaci che possono classificare le galassie con un’accuratezza del 98%.
Questa storia si è ripetuta in altri settori dell’astronomia. Gli astronomi che si occupano di SETI, la Ricerca di Intelligenze Extraterrestri, usano i radiotelescopi per cercare segnali da civiltà lontane. All’inizio, i radioastronomi scrutavano i grafici a occhio per cercare anomalie che non potevano essere spiegate. Più recentemente, i ricercatori hanno sfruttato 150.000 personal computer e 1,8 milioni di cittadini scienziati per cercare segnali radio artificiali. Oggi, i ricercatori utilizzano l’intelligenza artificiale per vagliare una mole di dati molto più rapida e approfondita di quanto possano fare le persone. Questo ha permesso agli sforzi del SETI di coprire più terreno, riducendo al contempo il numero di falsi segnali positivi.
Un altro esempio è la ricerca di esopianeti. Gli astronomi hanno scoperto la maggior parte dei 5.300 esopianeti conosciuti misurando un calo della quantità di luce proveniente da una stella quando un pianeta le passa davanti. Gli strumenti di intelligenza artificiale sono ora in grado di individuare i segni di un esopianeta con una precisione del 96%.
Fare nuove scoperte
L’intelligenza artificiale ha dimostrato di essere eccellente nell’identificare gli oggetti noti – come galassie o esopianeti – che gli astronomi le dicono di cercare. Ma è anche molto potente nel trovare oggetti o fenomeni teorizzati ma non ancora scoperti nel mondo reale.
I team hanno utilizzato questo approccio per individuare nuovi esopianeti, conoscere le stelle ancestrali che hanno portato alla formazione e alla crescita della Via Lattea e prevedere le firme di nuovi tipi di onde gravitazionali.
Per fare ciò, gli astronomi utilizzano innanzitutto l’intelligenza artificiale per convertire i modelli teorici in firme osservative, compresi livelli realistici di rumore. Quindi utilizzano l’apprendimento automatico per affinare la capacità dell‘IA di rilevare i fenomeni previsti.
Infine, anche i radioastronomi hanno utilizzato gli algoritmi di intelligenza artificiale per vagliare i segnali che non corrispondono a fenomeni noti. Recentemente un team sudafricano ha trovato un oggetto unico che potrebbe essere un residuo della fusione esplosiva di due buchi neri supermassicci. Se ciò si rivelerà vero, i dati permetteranno di testare la relatività generale, la descrizione dello spazio-tempo di Albert Einstein .
Fare previsioni e tappare buchi
Come in molti settori della vita recente, l’IA generativa e i modelli linguistici di grandi dimensioni come ChatGPT stanno avendo successo anche nel mondo dell’astronomia.
Il team che ha creato la prima immagine di un buco nero nel 2019 ha utilizzato un’intelligenza artificiale generativa per produrre la nuova immagine. Per farlo, ha prima insegnato a un’intelligenza artificiale a riconoscere i buchi neri dandole in pasto simulazioni di molti tipi di buchi neri. Poi, il team ha utilizzato il modello di intelligenza artificiale costruito per colmare le lacune nell’enorme quantità di dati raccolti dai radiotelescopi sul buco nero M87 .
Utilizzando questi dati simulati, il team è stato in grado di creare una nuova immagine due volte più nitida dell’originale e pienamente coerente con le previsioni della relatività generale.
Anche gli astronomi si stanno rivolgendo all’intelligenza artificiale per aiutare a domare la complessità della ricerca moderna. Un team dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha creato un modello di linguaggio chiamato astroBERT per leggere e organizzare 15 milioni di documenti scientifici sull’astronomia. Un altro team, con sede alla NASA, ha persino proposto di utilizzare l’IA per stabilire le priorità dei progetti astronomici, un processo che gli astronomi intraprendono ogni 10 anni.
Con il progredire dell’IA, essa è diventata uno strumento essenziale per gli astronomi. Con il miglioramento dei telescopi, l’aumento delle serie di dati e il continuo miglioramento dell’intelligenza artificiale, è probabile che questa tecnologia svolga un ruolo centrale nelle future scoperte sull’universo.
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale qui .