刷新深空探測(cè)極限！我國(guó)科學(xué)家用天文AI模型繪制“極致深空?qǐng)D”

探索遙遠(yuǎn)暗弱的天體與結(jié)構(gòu)，是破解宇宙起源演化、物質(zhì)能量循環(huán)等科學(xué)謎題的關(guān)鍵。我國(guó)科學(xué)家基于計(jì)算光學(xué)原理與人工智能算法，開(kāi)發(fā)出天文AI模型“星衍”，可解鎖暗弱天體信號(hào)，探測(cè)到超過(guò)130億光年的星系，并獲取目前國(guó)際已知探測(cè)最深的深空影像。該成果2月20日凌晨在線發(fā)表于《科學(xué)》。

暗弱天體蘊(yùn)藏著理解宇宙起源與演化的關(guān)鍵信息。然而，天光背景噪聲與望遠(yuǎn)鏡的熱輻射噪聲疊加，會(huì)對(duì)暗弱天體信號(hào)形成干擾，這成為探秘宇宙的一大挑戰(zhàn)。

圖為天文AI模型星衍概念圖。（受訪者供圖）

清華大學(xué)自動(dòng)化系戴瓊海教授、天文系蔡崢副教授、自動(dòng)化系吳嘉敏副教授等帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，自研出星衍模型，可解碼空間望遠(yuǎn)鏡的海量數(shù)據(jù)，并兼容多元探測(cè)設(shè)備，有望成為通用深空數(shù)據(jù)增強(qiáng)平臺(tái)。

“星等”是為天體亮度劃分的等級(jí)，數(shù)值越大，天體越暗。研究顯示，將星衍應(yīng)用于詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡，覆蓋波段可從可見(jiàn)光（約500納米）延伸到中紅外（5微米），并將其深空探測(cè)深度提升1個(gè)星等，探測(cè)準(zhǔn)確度提升1.6個(gè)星等——這相當(dāng)于將空間望遠(yuǎn)鏡等效口徑從約6米提升到近10米的量級(jí)。

“我們生成了目前國(guó)際探測(cè)深度最優(yōu)的深空成像結(jié)果，刷新了深空探測(cè)極限并繪制了極深圖像。”蔡崢說(shuō)，團(tuán)隊(duì)利用星衍發(fā)現(xiàn)了超過(guò)160個(gè)宇宙早期候選星系，這些星系存在于宇宙大爆炸后2至5億年，而此前國(guó)際上僅發(fā)現(xiàn)50余個(gè)同時(shí)期星系。

圖為過(guò)往研究（藍(lán)紫星標(biāo)）與星衍（橙色星標(biāo)）發(fā)現(xiàn)的候選星系效果對(duì)比圖。（受訪者供圖）

吳嘉敏介紹，星衍的“自監(jiān)督時(shí)空降噪”技術(shù)專注于對(duì)暗弱信號(hào)的提取重建，通過(guò)對(duì)噪聲漲落與星體光度的聯(lián)合建模，并直接用海量觀測(cè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練，在增加探測(cè)深度的同時(shí)，確保了探測(cè)準(zhǔn)確性。

《科學(xué)》審稿人評(píng)價(jià)，該研究為探測(cè)宇宙提供了“強(qiáng)大工具”，“將對(duì)天文領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響”。

戴瓊海表示，依托星衍，天文觀測(cè)中受噪聲干擾的暗弱天體得以高保真重現(xiàn)。該技術(shù)未來(lái)有望應(yīng)用于更多新一代望遠(yuǎn)鏡，為解碼暗能量、暗物質(zhì)、宇宙起源、系外行星等重大科學(xué)問(wèn)題提供助力。（記者魏夢(mèng)佳）