“Trí tuệ nhân tạo có thể ‘phóng to và cải thiện’ ảnh thiên văn – kết quả đáng ngạc nhiên”

Bầu khí quyển của Trái đất từ ​​lâu đã gây phiền toái cho các nhà thiên văn học, vì các túi không khí thay đổi của nó khiến các kính viễn vọng trên mặt đất tốt nhất thế giới tạo ra những hình ảnh mờ. Ngược lại, điều này có thể che khuất hình dạng của các vật thể thiên văn và dẫn đến sai số trong các phép đo vật lý vốn rất cần thiết để hiểu vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tây Bắc và Đại học Thanh Hoa ở Bắc Kinh đã phát triển một chiến lược mới để giải quyết vấn đề này.

Từ mờ đến sắc nét

Nhóm đã điều chỉnh thuật toán thị giác máy tính thường được sử dụng để làm sắc nét ảnh và lần đầu tiên áp dụng thuật toán này cho kính viễn vọng trên mặt đất. Họ cũng đào tạo một thuật toán trí tuệ nhân tạo trên dữ liệu mô phỏng phù hợp với các thông số hình ảnh của Đài thiên văn Vera C. Rubin. Điều này có nghĩa là công cụ này sẽ tương thích ngay lập tức khi đài quan sát mở cửa vào năm 2024. Thuật toán hoạt động nhanh hơn và tạo ra hình ảnh chân thực hơn so với công nghệ hiện tại được sử dụng để loại bỏ mờ.

Hình ảnh thu được trung thực hơn với cuộc sống và không bị mờ, khiến chúng trở nên có giá trị hơn đối với các nhà vật lý thiên văn, những người sử dụng hình ảnh thiên văn cho các phép đo khoa học.

Bằng cách loại bỏ bầu khí quyển một cách có tính toán, thuật toán cho phép các nhà vật lý thu được dữ liệu chính xác hơn. Đổi lại, điều này cho phép các nhà khoa học thu thập dữ liệu hình dạng chính xác và phát hiện các hiệu ứng hấp dẫn của các cấu trúc vũ trụ quy mô lớn.

Emma Alexander, tác giả chính của nghiên cứu và trợ lý giáo sư khoa học máy tính tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern, cho biết: “Mục tiêu của nhiếp ảnh thường là để có được những bức ảnh đẹp và đẹp. “Nhưng hình ảnh thiên văn được sử dụng cho khoa học. Bằng cách làm sạch hình ảnh đúng cách, chúng tôi có thể thu được dữ liệu chính xác hơn. Các thuật toán loại bỏ bầu khí quyển một cách tính toán, cho phép các nhà vật lý thu được các phép đo khoa học tốt hơn. Cuối cùng, hình ảnh trông đẹp hơn , cũng vậy.”

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp thuật toán tối ưu hóa với mạng học sâu được đào tạo về hình ảnh thiên văn. Chúng bao gồm dữ liệu mô phỏng phù hợp với các thông số hình ảnh mà Đài quan sát Rubin mong đợi trong các hình ảnh huấn luyện. Kết quả là công cụ này tạo ra hình ảnh có ít lỗi hơn 38,6% so với các phương pháp xóa mờ cổ điển và ít lỗi hơn 7,4% so với các phương pháp hiện đại.

Đài thiên văn Rubin sẽ tiến hành một cuộc khảo sát sâu kéo dài một thập kỷ trên phần lớn bầu trời đêm bắt đầu từ năm tới. Khi các nhà nghiên cứu đào tạo các công cụ mới trên dữ liệu được thiết kế đặc biệt để mô phỏng các hình ảnh sắp tới của Rubin, họ có thể giúp phân tích dữ liệu khảo sát được mong đợi nhiều.

Mã nguồn mở, thân thiện với người dùng và các hướng dẫn đi kèm có sẵn trực tuyến dành cho các nhà thiên văn quan tâm đến việc sử dụng công cụ này. Bằng cách đưa công cụ này vào tay các nhà thiên văn học, các nhà nghiên cứu tin rằng nó có thể là một nguồn tài nguyên quý giá cho các cuộc khảo sát bầu trời để thu được dữ liệu thực tế nhất có thể.

Alexander đã so sánh hiện tượng mờ ảo với việc nhìn lên từ đáy bể bơi, nơi nước đẩy ánh sáng xung quanh và làm nó biến dạng. Khi ánh sáng truyền từ các thiên thể xa xôi như các ngôi sao, hành tinh và thiên hà, trước tiên nó gặp bầu khí quyển của Trái đất trước khi đến mắt chúng ta. Đây được gọi là “xem thiên văn.”

Tuy nhiên, bầu khí quyển không chỉ chặn một số bước sóng ánh sáng nhất định mà còn khiến ánh sáng bị biến dạng. Sự biến dạng này là do không khí trong bầu khí quyển liên tục chuyển động, ngay cả trong một đêm trời trong, ảnh hưởng đến cách ánh sáng đi qua nó.

Hiện tượng này là lý do tại sao các ngôi sao dường như lấp lánh và tại sao các kính viễn vọng tinh vi nhất trên mặt đất được đặt ở độ cao lớn, nơi bầu khí quyển mỏng hơn. Sự che khuất khí quyển có thể khiến các thiên hà hình elip trông tròn hơn hoặc dài hơn so với thực tế. Bằng cách loại bỏ vết mờ, các nhà khoa học có thể thu thập dữ liệu hình dạng chính xác và nghiên cứu những khác biệt nhỏ về hình dạng để hiểu thêm về lực hấp dẫn trong vũ trụ.

Thuật toán mới là một bước tiến đầy hứa hẹn hướng tới việc tạo ra những hình ảnh thiên văn rõ ràng và chính xác hơn, đưa chúng ta đến gần hơn với sự hiểu biết về những bí ẩn của vũ trụ.

“Bây giờ chúng tôi đang phát hành công cụ này, đưa nó vào tay các nhà thiên văn học,” Alexander nói. “Chúng tôi nghĩ rằng đây có thể là một nguồn tài nguyên quý giá cho các cuộc khảo sát bầu trời để có được dữ liệu thực tế nhất có thể.”