¿Cómo cambiará la IA la astronomía?

Autor: Yi Zhenping

**Fuente:**Observatorio Astronómico Nacional de la Academia de Ciencias de China

Las cosas son mixtas, nacidas congénitamente. ¡Solitario! La independencia no cambia, Zhou Xun no perece. -- "Tao Te Ching"

Imagen 1. Mirando el universo (generado por la herramienta Unbounded AI)

Desde la antigüedad, los seres humanos han tenido un sinfín de fantasías sobre el vasto cielo estrellado y están constantemente en el viaje de exploración. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, el ser humano ha acelerado el ritmo de exploración del universo. Mediante el uso de equipos y tecnología avanzados, los astrónomos han revelado fenómenos sorprendentes, como ondas gravitacionales, agujeros negros, materia oscura y energía oscura, que han mejorado enormemente nuestra comprensión del universo.

Desde 2011, la tecnología de inteligencia artificial (IA) ha experimentado un rápido desarrollo, ha cerrado con éxito la brecha tecnológica entre la ciencia y la aplicación y ha logrado importantes avances en la clasificación de imágenes, el reconocimiento de voz, la respuesta a preguntas de conocimiento, la conducción sin conductor, etc. El avance ha entrado en un período de vigoroso desarrollo. En el campo de la astronomía, la aplicación de la IA también se acelera año tras año. A través de las estadísticas de artículos que involucran IA en la investigación astronómica en arXiv, se encuentra que la cantidad de artículos aumentó de 46 en 2013 a 2328 en 2022, un aumento de 50 veces en diez años.

Figura 2. Número de artículos de IA publicados sobre física arxiv en los últimos diez años (resultados estadísticos de búsqueda de palabras clave de aprendizaje automático, aprendizaje profundo o redes neuronales en el título)

La astronomía ha entrado en la era de las multibandas, las muestras grandes y el alto contenido de información, y la cantidad de datos generados por los telescopios y otros instrumentos de observación se ha convertido en una verdadera "cifra astronómica". La tecnología de IA se usa cada vez más en astronomía. Sus algoritmos han evolucionado desde el aprendizaje automático tradicional hasta el aprendizaje profundo, y sus tareas de análisis han variado de simples a complejas. Con la mejora continua de la estructura de la red neuronal, la capacidad del modelo de IA en la extracción y representación de características se ha mejorado significativamente. Ahora hemos podido identificar directamente objetos muy tenues, como galaxias de bajo brillo facial (que se muestran en la Figura 3) y enanas L (que se muestran en la Figura 4) a partir de imágenes fotométricas. Estos objetos son algunas de las galaxias y estrellas más débiles que se pueden distinguir en imágenes de luz visible.

Figura 3. Use IA para buscar galaxias con brillo lateral bajo (Fuente: Xing Yongguang, Yi Zhenping, Universidad de Shandong)

Figura 4. Uso de IA para buscar enanas L (Fuente: Cao Zhi, Yi Zhenping, Universidad de Shandong)

El nacimiento de ChatGPT marca un gran avance en la IA y se considera un hito en el desencadenamiento de una nueva ronda de revolución de la IA. ChatGPT es el resultado de la combinación de big model y big data. En el campo de la astronomía, se ha acumulado una gran cantidad de datos de observación. Con el apoyo de algoritmos y potencia informática, la astronomía también entrará en la era de la revolución de la IA, que probablemente traerá cambios subversivos.

El modelo de análisis de grandes datos establecido puede extraer información más rica y precisa de los grandes datos astronómicos. Por ejemplo, puede detectar y clasificar automáticamente varios cuerpos celestes directamente a partir de imágenes, fusionar automáticamente datos de varias bandas, proporcionar parámetros confiables de atributos de cuerpos celestes y generar automáticamente gráficos estadísticos.

La Figura 5 muestra un marco para las tareas de subtitulado de imágenes, que consta de una red neuronal convolucional (CNN) y una red neuronal recurrente (RNN). El modelo puede identificar objetos en imágenes y describir el contenido de las imágenes con palabras, es decir, a través del modelo de IA, la computadora tiene la capacidad de "ver imágenes y hablar". Este tipo de tarea involucra dos modos de información diferentes de imagen y texto de descripción.Cómo hacer que el modelo de IA haga un uso completo de la información multimodal e interactúe también es una tendencia de investigación futura.

Figura 5. Un marco de tareas de descripción de imagen

Con la ayuda de la descripción de imágenes y otras tecnologías, las imágenes astronómicas se pueden analizar automáticamente y los resultados de la retroalimentación se pueden proporcionar de manera directa y amigable, como texto, imágenes y voz. La Figura 6 muestra un diagrama esquemático del análisis automático de una imagen de Dark Energy Camera Heritage Sky Survey y la generación de comentarios de texto.

Figura 6. Utilice el modelo grande de IA para identificar automáticamente cuerpos celestes en imágenes astronómicas y generar descripciones de texto y catálogos de estrellas. (Fuente: Bi Mingxuan, Universidad de Shandong)

La IA también ayudará a acelerar el descubrimiento de nuevos fenómenos y nuevas leyes. Usando algoritmos de IA, se espera que identifique de manera eficiente tendencias y correlaciones ocultas en grandes datos astronómicos. Por ejemplo, el uso de algoritmos de IA puede identificar rápidamente señales débiles relacionadas con exoplanetas, para encontrar civilizaciones inteligentes similares a las civilizaciones de la Tierra.Esta es la existencia potencial en la Vía Láctea calculada según la ecuación de Drake. Tales descubrimientos nos proporcionarán pistas importantes para desentrañar los misterios de nuestro universo.

Figura 7. La ecuación de Drake utilizada para estimar la civilización alienígena similar a la Tierra en la Vía Láctea

Además, la IA también se utilizará ampliamente en la observación automatizada de telescopios, que pueden identificar objetos celestes de interés en el telescopio en tiempo real y ayudar a determinar las prioridades para futuras observaciones. Esta automatización permite a los astrónomos monitorear el cielo de manera eficiente y responder rápidamente a eventos transitorios.

Esperamos crear un modelo astronómico de IA que sea más inteligente que ChatGPT en un futuro cercano, liberando así a los astrónomos de las engorrosas tareas de procesamiento de datos y permitiéndoles concentrarse más en la investigación científica. En ese momento, lo primero para los astrónomos después de ir a trabajar todos los días puede ser tomar un café mientras escuchan el informe de trabajo del asistente de IA, y obtener los resultados del análisis del asistente de IA en todas las direcciones a través de sonido, imágenes o vídeos

¡Esperemos juntos esta era maravillosa!

Figura 8. Diagrama esquemático del futuro asistente de IA (Fuente: Internet)

Sobre el Autor

Yi Zhenping, profesor asociado de la Universidad de Shandong, supervisor principal, jefe del equipo de big data astronómico de la Universidad de Shandong. Comprometidos con la investigación interdisciplinar de la astronomía y la informática, aplicando algoritmos de IA para mejorar las capacidades de análisis automático e inteligente de los datos astronómicos.