È un elemento fondamentale nello studio dell’evoluzione delle galassie, ma le sue tracce sono piuttosto difficili da individuare: è il carbonio, al centro di un recente studio di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society che propone una nuova metodologia di ricerca, basata sull’Intelligenza Artificiale. Lo studio, condotto da un gruppo di lavoro internazionale, è stato coordinato dall’Osservatorio Astronomico di Shangai e si è basato sui dati della mappatura Sloan Digital Sky Survey III, passati al setaccio con il nuovo metodo.
Le nubi interstellari di galassie antiche e distanti spesso sono caratterizzate dalla presenza di carbonio che può essere rilevato tramite gli assorbitori di carbonio neutro: si tratta di un processo mirato a individuare la ‘firma’ distintiva di questo elemento negli spettri della luce emessa dalle galassie. È un lavoro complesso e faticoso perché gli astronomi conoscono solo qualche decina di galassie contenenti questi assorbitori.
Un onere di questo genere può essere un’ottima palestra per sperimentare le nuove tecnologie basate sull’Intelligenza Artificiale, in grado di facilitare gli studiosi e snellire i tempi. Il team ha pensato che la caccia a questi assorbitori fosse un lavoro adatto per una rete neurale profonda (Dnn, Deep Neural Network): si tratta, appunto, di un sistema di apprendimento automatico che permette a un computer, precedentemente ‘addestrato’, di dedicarsi a compiti che, con metodi tradizionali, sarebbero di difficile svolgimento. Gli astronomi, quindi, hanno impiegato il Dnn su un set di dati spettroscopici di galassie raccolti oltre dieci anni fa e vi hanno trovato un vero tesoro dal punto di vista scientifico: oltre 100 galassie in cui il carbonio ha lasciato la sua traccia.
Per addestrare il computer a eseguire questa ricerca, il gruppo di lavoro è dovuto ricorrere a uno stratagemma: ha creato in laboratorio circa 5 milioni di spettri di galassie e li ha usati per l’addestramento. Successivamente, il Dnn è stato applicato ai dati della mappatura Sloan Digital Sky Survey III che è stato in grado di scovare gli assorbitori di carbonio neutro in ben 107 galassie in cui tale elemento non era precedentemente noto. La presenza del carbonio indica che una galassia ha subìto un rapido cambiamento e ha prodotto elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Secondo gli studiosi, inoltre, le 107 galassie risalgono quasi agli albori dell’Universo e le tracce di carbonio potrebbero essere indicative dello sviluppo di un disco simile a quello della Via Lattea.
Lo studio, per gli autori, mostra l’importanza di sviluppare algoritmi innovativi di Intelligenza Artificiale che permettano di scovare segnali rari e deboli in vasti database astronomici.
In alto: elaborazione artistica del metodo di ricerca utilizzato nello studio (Crediti: Yi Yuechen)
