Kalifornialainen lukiolainen löysi juuri jotain, mitä kukaan ei osannut odottaa – 1,5 miljoonaa piilossa ollutta avaruusobjektia. Käyttämällä vain tekoälyä hän haastaa kaiken, mitä luulimme tietävämme maailmankaikkeudesta.
Sisällysluettelo
Yllättävässä käänteessä, joka haastaa käsityksemme avaruuden tutkimuksesta, Kalifornian lukiolainen on tehnyt löydön, joka voi muuttaa käsityksemme avaruudesta. Matteo Pas, tietotekniikkaan erikoistunut teini-ikäinen, on kehittänyt tekoälymallin, joka on löytänyt 1,5 miljoonaa avaruusesinettä, jotka olivat aiemmin tuntemattomia tähtitieteilijöille. Kohteet olivat piilossa näkyvillä laajassa tietokannassa, jonka oli kerännyt NASA:n NEOWISE-missio, projekti, joka on kehitetty seuraamaan maapallon lähellä olevia asteroideja.
Yllättävän löydön synty
Matteo Pasan matka kaukaiseen avaruuteen alkoi kesällä 2022, kun hän osallistui Caltechin Planet Finder Academy -ohjelmaan . Professori Andrew Howardin johtama ohjelma tarjoaa lukiolaisille suoraa pääsyä edistyneeseen tähtitieteelliseen tutkimukseen . Pasaa ohjasi Davy Kirkpatrick, Kalifornian teknillisen yliopiston infrapunatietojen käsittely- ja analysointikeskuksen (IPAC) vanhempi tutkija, ja yhdessä he alkoivat tutkia NEOWISE-mission aarreaittaa.
Alun perin kehitettyä asteroideja lähellä maata varten, NEOWISE on kerännyt yli vuosikymmenen ajan infrapunatietoja, jotka kattavat koko taivaan. Vaikka missio saavutti pääasiallisen tavoitteensa, se keräsi myös arvokasta tietoa kaukaisista kohteista, erityisesti niistä, jotka osoittivat epätavallisia kirkkauden muutoksia ajan mittaan. Nämä muutokset, jotka johtuivat joskus kvasaarista, kaksoistähdistä tai supernovista, olivat usein vaikeasti määritettävissä perinteisillä analyysimenetelmillä.
Tekoälyn voima avaruustutkimuksessa
Joutuessaan käsittelemään nopeasti 200 miljardiin pisteeseen kasvavaa tietokantaa, Caltechin tiimi aikoi analysoida manuaalisesti vain pienen osan siitä.
Paz, jolla oli kokemusta tietotekniikasta, matematiikasta ja ohjelmoinnista, näki kuitenkin toisen tien eteenpäin. Hän ehdotti koneoppimisen käyttöä valtavan tietojoukon käsittelyyn, ratkaisua, jota kukaan ei ollut aiemmin harkinnut.
Vain kuudessa viikossa Paz rakensi Fourier- ja wavelet-pohjaisen koneoppimismallin, jonka tarkoituksena oli tunnistaa heikoimmat kirkkauden vaihtelut infrapunatiedoissa. Hänen ponnistelunsa tuottivat nopeasti tulosta. Malli alkoi havaita hienoja muutoksia valossa, jotka olivat aiemmin jääneet huomaamatta. Kun tekoäly paransi kykyään havaita epätavallisia sääntöjä, se havaitsi potentiaalisesti uusia kohteita ja tapahtumia avaruuden valtavassa tilassa.
Haasteiden voittaminen ja mentorointi seuraavalle sukupolvelle
Pazan läpimurto ei ollut pelkästään teknologinen saavutus, vaan myös osoitus mentorointityön voimasta. Koko projektin ajan, joka julkaistiin The Astronomical Journal -lehdessä, Paz teki tiivistä yhteistyötä Kalifornian teknillisen yliopiston tutkijaryhmän kanssa, johon kuuluivat Shubane Hemmati, Daniel Masters, Ashish Mahabala ja Matthew Graham. Nämä asiantuntijat antoivat ratkaisevaa tukea koneoppimismenetelmien kehittämisessä, mikä lopulta johti piilossa olevien kohteiden löytymiseen.
Matka ei kuitenkaan sujunut ilman esteitä. NEOWISE-mission havaintojen rytmillä oli rajoituksia, jotka vaikeuttivat tiettyjen muuttuvien kohteiden havaitsemista – niitä, jotka muuttuivat liian hitaasti tai liian nopeasti. Pazin tekoälymalli, joka pystyi seuraamaan näitä kirkkauden muutoksia ajan kuluessa, osoittautui hyödylliseksi tämän ongelman ratkaisemisessa. Hänen työnsä johti uusien tähtien ja muiden ilmiöiden löytämiseen, mikä avasi ovia jatkotutkimuksille.
Nyt Caltechin palkattuna työntekijänä Paz jatkaa mallinsa kehittämistä ja laajentaa tekoälynsa rajoja. Hän toimii myös nuorempien opiskelijoiden mentorina Planet Finder Academyssä varmistaen, että seuraava tutkijasukupolvi saa työkalut ja inspiraation tutkia avaruutta uusilla tavoilla.
Löytö, joka voi muuttaa näkemyksemme maailmankaikkeudesta
Pazin tekoälyn löytämien 1,5 miljoonan uuden kohteen luettelo on tarkoitus julkaista vuonna 2025, ja se tarjoaa uusia näkemyksiä kaukaisten tähtien ja galaksien evoluutiosta. Nämä tulokset antavat tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia aiemmin näkymättömien taivaankappaleiden pitkäaikaista käyttäytymistä. Vaikka löytö perustuu avaruustutkimukseen, Paz näkee mallilleen laajempia sovelluksia, muun muassa talouden ja ympäristön seurannan aloilla, joissa ajantasaiset tiedot ovat ratkaisevan tärkeitä.
Lukio-opiskelijana, jolla on poikkeuksellinen ymmärrys koneoppimisesta ja astronomisista tiedoista, Pazin menestys on esimerkki nuorten kykyjen potentiaalista yhdistettynä oikeisiin resursseihin. Hänen työnsä korostaa myös edistyneiden teknologioiden, erityisesti tekoälyn, voimaa paljastaa näkymättömiä salaisuuksia universumistamme.
