Za více než 27 let pozorování vytvořila americká rentgenová observatoř Chandra, vlajková loď agentury NASA v rentgenové astronomii, jeden z nejbohatších vědeckých archivů v celé astronomii. Dnes již vědci využívají umělou inteligenci (AI), která jim pomáhá získávat nové poznatky z rentgenových dat shromažďovaných po celá desetiletí. Archiv mise Chandra je jedinečný poklad. Obsahuje desítky tisíc jednotlivých pozorování různých oblastí oblohy o celkové délce stovek milionů sekund. Jelikož je archiv volně přístupný, vědci i veřejnost se mohou vracet k datům nasbíraným za desítky let a zkoušet na nich nové nápady a nástroje. To otevírá cestu k objevům, které v době pořízení dat nemusely být možné.

Ačkoliv vědci archiv mise Chandra soustavně procházejí a dosahují důležitých a úžasných objevů, moderní výpočetní nástroje jim umožňují analyzovat tuto obrovskou zásobu dat v dosud nevídaném rozsahu. Právě zde se AI stává mocným vědeckým nástrojem, který rozšiřuje možnosti lidské vynalézavosti při odhalování nenápadných vzorců v datech a získávání nových poznatků o vesmíru z nenahraditelných datových archivů.

Autoři původního anglického článku z webu mise Chandra přirovnávají AI ke zpěvákovu mikrofonu – umělá inteligence může posílit schopnosti vědců a pomoci jim analyzovat více dat mnohem rychleji, než by to dokázali bez ní. Stejně jako by však bez zpěváka nezazněla žádná píseň, bez vědců by nebyla žádná věda. AI posiluje a rozšiřuje jejich schopnosti, nenahrazuje však úlohu lidí ve vědeckém procesu.

Výzkumníci určují, na jaké otázky budou hledat odpovědi, trénují a vyhodnocují potřebné algoritmy a pečlivě ověřují a interpretují každý výsledek, než se stane součástí vědeckého poznání. Veškeré výstupy systému umělé inteligence musí výzkumníci důkladně zkontrolovat a interpretovat, než je mohou sdílet s širší vědeckou komunitou. Tři nedávné studie ukazují, čeho lze dosáhnout propojením rozsáhlého archivu mise Chandra, práce talentovaných astrofyziků a specializovaných modelů AI.

• V roce 2024 astronomové oznámili objev erupcí supermasivních černých děr ve středech sedmi galaxií.
• Další tým v roce 2025 oznámil možný objev černé díry vzácného typu, která trhá hvězdu.
• Později v roce 2025 vědci oznámili, že na hlubokém rentgenovém snímku odhalili mnoho rostoucích supermasivních černých děr skrytých za hustými oblaky plynu.

AI může pomoci lépe využít mimořádné schopnosti observatoře Chandra, umožnit podobné objevy a výrazně urychlit pátrání po vzácných objektech skrytých v datech shromažďovaných po desetiletí. Níže najdete podrobnosti o zmíněných výsledcích dosažených s pomocí AI a dat observatoře Chandra. Díky novým teleskopům, jako je observatoř Very Rubinové v Chile nebo kosmický teleskop Nancy Grace Roman, budou mít astronomové přístup k většímu množství dat než kdy dříve. Ve spojení s rozsáhlými archivy observatoře Chandra, Hubbleova teleskopu a dalších misí NASA mohou nástroje umělé inteligence otevřít astronomům nové cesty k poznávání vesmíru.

Za oponou: Jak AI pomohla ke třem objevům mise Chandra

1) Objev erupcí supermasivních černých děr (2024)
Astronomové objevili sedm dříve neznámých erupcí supermasivních černých děr s využitím AI, která procházela data z mnohaletých pozorování observatoře Chandra. Erupce hmoty obklopující černou díru mohou vytvářet výtrysky energetických částic, které vytlačují okolní horký plyn vyzařující rentgenové záření. Vznikají tak dvojice obrovských dutin. Z velikosti těchto dutin lze vypočítat celkové množství energie uvolněné při erupci. Tyto studie jsou proto zásadní pro pochopení vlivu černých děr na jejich galaktické okolí. Například energie uvolněná při rozpínání dutin může zabránit ochlazení horkého plynu, a tím i vzniku obrovského množství nových hvězd. Program využívající AI vyvinutý pro tento úkol byl trénován na počítačových simulacích dat z Chandry. Po nasazení na skutečná data z observatoře úspěšně rozpoznal 93 z 97 dutin dříve objevených v galaxiích a všech 14 dříve objevených dutin v kupách galaxií. Program objevil sedm nových párů dutin v galaxiích a několik dalších kandidátů, čímž odhalil stopy silných erupcí supermasivních černých děr.

2) Zachycení vzácné černé díry požírající hvězdu (2025)
Tato studie se zaměřuje na černou díru, kterou vědci možná zachytili při trhání hvězdy na kusy. Jde o proces označovaný jako tidal disruption event (událost roztrhání hvězdy slapovými silami). Cílem průzkumu bylo vyhledat mimořádně jasné rentgenové zdroje v jiných galaxiích, jejichž záření má převážně nižší energie než záření ostatních jasných galaktických rentgenových zdrojů. To by mohlo být charakteristickým rentgenovým znakem roztrhání hvězdy slapovými silami. Studium takových zdrojů nabízí jedinečnou a cennou možnost zkoumat hmotu padající do supermasivní černé díry v extrémních podmínkách. Tyto typy zdrojů jsou vzácné a obtížně se hledají, takže autoři využili přístup označovaný jako „double-pronged technique“, tedy kombinaci dvou různých souběžných postupů vedoucích k jednomu cíli. Při prohledávání archivu Chandry spojili ručně aplikovaný algoritmus s metodou strojového učení. Toto pátrání odhalilo nový možný případ roztrhání hvězdy slapovými silami. Výzkumníci objevili náznaky, že jde o vzácný typ černé díry označovaný jako intermediate-mass black hole (černá díra střední hmotnosti). Její hmotnost totiž leží mezi hmotnostmi hvězdných černých děr vzniklých kolapsem hmotných hvězd a supermasivních černých děr, které nacházíme ve středech galaxií. K události došlo mezi roky 2001 a 2002, takže se jedná o jeden z prvních případů roztrhání hvězdy slapovými silami, které Chandra pozorovala.

3) Odhalení skrytých obrů v hlubokém vesmíru (2025)
Vědci vypracovali teorie, které předpovídají, kolik supermasivních černých děr se ukrývá v hustých oblacích plynu. Nedávný článek popisuje výzkum, při kterém AI pomohla hledat tyto rostoucí černé díry v aktivních galaktických jádrech neboli AGN (active galactic nuclei). Pátrání probíhalo na snímku jižního hlubokého pole observatoře Chandra, označovaného zkratkou CDF-S (Chandra Deep Field-South). Jde o nejcitlivější rentgenový snímek, jaký byl kdy pořízen. Astronomové předpovídali, že AGN silně zastíněná plynem by mohla představovat významný podíl z celkového počtu AGN, pravděpodobně kolem 30 %, možná i více. V CDF-S však bylo do této kategorie zařazeno pouze okolo 11 % AGN. Vědci proto použili metodu využívající AI, aby ověřili, zda se v CDF-S neukrývají další. Model natrénovali a otestovali na souboru 210 dříve známých AGN. Algoritmus dosáhl úspěšnosti okolo 90 %. Tým jej poté použil na další skupinu pravděpodobných AGN a odhalil 67 silně zastíněných objektů. Tato práce výrazně zvýšila podíl známých zastíněných AGN v CDF-S a přiblížila jej teoretickým odhadům.

Závěr: AI + rentgenové záření = objevy
Umělá inteligence tak přispívá k rozšiřování našich znalostí o vesmíru. Moderní teleskopy, jako je Chandra, shromažďují ve svých archivech obrovské objemy dat, v nichž se ukrývají dosud neobjevené dílky kosmické skládačky. Lepší nástroje pro prohledávání tohoto množství informací mohou vědcům pomoci využít každou sekundu pozorovacího času dalekohledů k získávání nových poznatků o fungování našeho vesmíru. Využití umělé inteligence v kombinaci s pokladnicemi dat, jako je archiv teleskopu Chandra, otevírá nové možnosti objevů a výzkumu jak dnes, tak pro budoucí generace.

Přeloženo z:
https://chandra.si.edu/

Zdroje obrázků:
https://assets.science.nasa.gov/dynamicimage/assets/science/astro/missions/Chandra20years.webp?w=1536
https://chandra.si.edu/photo/2019/phoenix/phoenix.jpg
https://chandra.si.edu/photo/2011/cdfs/cdfs_hst_cxo.jpg