Астрономы могут за всю свою карьеру так и не найдя новый объект в небе. Но для Лины Несиб, докторской ученый в области теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте, обнаружение скопления звезд в Млечном Пути, но не родился Млечного Пути, приехали раньше времени-с помощью суперкомпьютеров Гайя космической обсерватории, и новые глубокие методы обучения.
Написание в природе астрономии на этой неделе, Несиб и ее соавторами описывает Никс, огромный новый звездный поток в непосредственной близости от Солнца, что может дать первое указание на то, что карликовая галактика слилась с Млечным Путем диска. Эти звездные потоки считаются шаровых скоплений и карликовых галактик, которые были вытянуты вдоль своей орбиты приливными силами прежде, чем быть полностью нарушена.
Открытие Никс взял кружным путем, но один, что отражает многогранный способ астрономия и астрофизика изучают сегодня.
Огонь в космосе
Несиб изучает кинематика — или — движения звезд и темного в Млечном Пути дело. «Если есть какие-то скопления звезд, которые движутся вместе в определенном моде, что обычно говорит нам, что есть причина, по которой они движутся вместе.»
Начиная с 2014 года, исследователи из Калифорнийского технологического института, Северо-Западного университета, Калифорнийского университета, Сан-Диего и Калифорнийского университета в Беркли, среди других учреждений, были весьма подробные разработки симуляции реальных галактик в рамках проекта под названием Огонь (обратная связь в реальных условиях). Эти модели включают все ученые знают о том, как галактики формируются и развиваются. Начиная с виртуальным эквивалентом начала времен, моделирование производят галактик, которые выглядят и действуют как наши собственные.
Картографирование Млечного Пути
Одновременно с проектом пожара, Гайя космическая обсерватория была запущена в 2013 году Европейским космическим агентством. Его цель-создать чрезвычайно точную трехмерную карту около миллиарда звезд в Млечном Пути галактики и за ее пределами.
«Это крупнейшее исследование кинематики на сегодняшний день. Обсерватория обеспечивает движение одного миллиарда звезд», — пояснила она. «Подмножество его, семи миллионов звезд, имеет 3D скоростей, что означает, что мы можем точно знать где звезды и ее движения. Мы ушли от очень маленьких наборов данных, чтобы делать массовые анализы, которые мы не могли делать раньше, чтобы понять структуру Млечного Пути».
Открытие Никс участвует объединение этих двух крупных проектов астрофизики и анализировать их, используя методы глубокого обучения.
Среди вопросов, которые обе моделирования и адрес ский опрос: как Млечный Путь, стать тем, чем она является сегодня?
«Галактики образуют при глотании других галактик», — сказал Несиб. «Мы предполагали, что Млечный Путь был тихий история слияния, и некоторое время было относительно тихо, как это было, потому что наши расчеты показывают много слияний. Теперь, с выходом на множество мелких структур, мы понимаем, это было не так тихо, как казалось. Это очень мощный, чтобы иметь все эти инструменты, данные и моделирование. Все они должны быть использованы сразу расхлебывать эту проблему. Мы находимся в начальной стадии того, чтобы действительно понять формирование Млечного Пути».
Применение глубокого обучения в Гайю
Карту миллиард звезд-это смешанное благословение: так много информации, но практически невозможно разобрать, что на человеческое восприятие.
«Перед тем, астрономам пришлось много смотрят и замышляют, и может использовать некоторые алгоритмы кластеризации. Но это не совсем возможно», — сказал Несиб. «Мы не можем смотреть на семь миллионов звезд и выяснить, что они делают. Что мы сделали в этой серии проектов было использовать Гайя макет каталогов».
На Гайя макет каталога, разработанный Робин Сандерсон (Университет Пенсильвании), по сути, спросил: — Если огонь моделирования были реальные и наблюдаемые с Гайей, что бы мы увидеться?
Сотрудник Несиб, Брайан Ostdiek (ранее в Университете штата Орегон, и теперь Гарвардского университета), который ранее принимал участие в проекте Большого Адронного Коллайдера (бак), имел опыт работы с огромными наборами данных, используя машины и глубокое изучение. Перенос этих методов в астрофизике открыла двери в новый путь, чтобы исследовать космос.
«На баке, у нас есть невероятные опыты, но мы беспокоимся, что машины подготовленные на них могут учиться моделирование, а не реальная физика», — сказал Ostdiek. «Аналогичным образом, огонь галактик обеспечивают прекрасные условия для обучения наших моделей, но они не Млечный Путь. Мы должны были научиться не только то, что может помочь нам выявить интересные звезды в моделировании, но и как сделать это обобщать в нашей реальной галактики».
Команда разработала метод отслеживания движения каждой звезды в виртуальной галактик и маркировки звезд, либо родились в родительской галактики или наращенная как продукты галактик. Эти два типа звезд имеют разные подписи, хотя различия часто тонкие. Эти этикетки были использованы для обучения глубокие модели обучения, которая затем была протестирована на другие имитации пожара.
После того, как они построили каталога, они обратились к данным Гайя. «Мы попросили нейронной сети, на основе того, что вы узнали, можете ли вы метки, если звезды были сросшиеся или нет?» Сказал Несиб.
Модель занимает откуда уверенность, что это было то, что звезда родилась за пределами Млечного Пути в диапазоне от 0 до 1. Команда создала среза с допуском на ошибку и начал изучать результаты.
Такой подход, основанный на применении модели, обученной на одном набора данных и его применения в различных, но взаимосвязанных называется передача обучения и может быть чревато проблемами. «Мы должны убедиться, что мы не учимся искусственных вещей о симуляции, но на самом деле, что происходит в данные», — сказал Несиб. «Для этого нам пришлось дать ему немного помочь и рассказать его на повторное взвешивание некоторых известных элементов, чтобы дать ему немного якоря.»
Сначала они проверили, чтобы увидеть, если он может выявить известные особенности галактики. Эти включают «Гайя колбаса» — остатки карликовой галактики, которая слилась с Млечного Пути около шести до десяти миллиардов лет назад и что имеет характерный колбаса-вроде орбитальной формы.
«Она имеет очень специфический», — пояснила она. «Если нейронная сеть работала так, как надо, мы должны увидеть это огромное сооружение, которое мы уже знаем, есть».
На Гайя колбаса была, как и звездное гало — фоновые звезды, которые дают Млечный Путь его-обличитель форму-и Хельми поток, еще известные карликовые галактики, которая слилась с Млечный Путь в далеком прошлом и был обнаружен в 1999 году.
Первый Прицельно: Никс
Модель выявила еще одну структуру в анализе: кластер 250 звезд, вращающихся с Млечный Путь диск, но и идем в сторону центра галактики.
«Ваш первый инстинкт, что у вас есть ошибка,» Несиб рассказал. «И ты думаешь: ‘О нет!’ Так, я не сказала никому из моих коллег в течение трех недель. Тогда я начал понимать, что это не ошибка, это на самом деле реально и это новое».
Но что, если он уже обнаружен? «Вы порылись в литературе, убедившись, что никто не видел его и, к счастью для меня, никто не имел. Так что я должен назвать его, что это самая захватывающая вещь в астрофизике. Я назвал это Нюкта-греческая богиня ночи. Это особая структура, это очень интересно, потому что это было бы очень трудно увидеть без машинного обучения».
Проект требуется предварительная вычислений на разных этапах. Огонь и обновлена огнем-2 симуляторы являются одними из крупнейших компьютерных моделей галактик когда-либо пытался. Каждый из девяти главных моделирование — три отдельных образования галактик, каждый со слегка различными отправной точкой для солнца … взял месяцев, чтобы вычислить на самых крупных, быстрых суперкомпьютеров в мире. Они включали в Синих Водах в Национальном центре по приложениям для суперкомпьютеров (NCSA), высокотехнологичной вычислительной техники НАСА, и совсем недавно Stampede2 в Техасе расширенный вычислительный центр (КТПС).
Исследователи использовали кластеры в Университете штата Орегон тренировать глубокие модели обучения и применять ее в массивный набор данных Гайя. Они в настоящее время используют Фронтера, самая быстрая система в любом университете в мире, чтобы продолжить работу.
«Все об этом проекте является вычислительно очень интенсивные и не смогли бы произойти без масштабных вычислений», — сказал Несиб.
Дальнейшие Шаги
Несиб и ее команда планируют исследовать Никс с помощью наземных телескопов. Это даст информацию о химическом составе потока, и другие детали, которые помогут им дату прибытия Никс в Млечном Пути, и, возможно, предоставить подсказки о том, откуда он взялся.
Следующий релиз данных из Гайи в 2021 году будет содержать дополнительную информацию о 100 миллионов звезд в каталоге, что делает больше открытий наращенная кластеров, скорее всего.
«Когда миссия Гайя начал, астрономы знали, что это был один из самых больших наборов данных, что они собирались сделать, много, чтобы быть взволнованным», — сказал Несиб. «Но нам нужно развивать наши технологии, чтобы адаптироваться к набору данных. Если мы не менять наши методы, мы пропустили бы по физике, которые находятся в нашей базе данных».
Успехи подход команды Калифорнийского технологического института, возможно, даже большее влияние. «Мы развиваем вычислительные инструменты, которые будут доступны для многих областей исследования и не исследования, связанные вещи», — сказала она. «Это, как мы нажимаем на технологической границе в целом».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!