Com inteligência artificial, brasileiros classificam milhares de galáxias

Na semana passada, tivemos o privilégio de submeter para publicação um artigo científico que usa inteligência artificial para classificar imagens de galáxias. Se aprovado, o trabalho será publicado pela Real Sociedade Astronômica do Reino Unido.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Clécio De Bom, do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, no Rio de Janeiro. Ele é um colega jovem, mas que está despontando como um dos líderes nacionais no uso de técnicas de inteligência artificial na astronomia.

A classificação de galáxias é uma das tarefas mais importantes —e mais complexas— no estudo de formação e evolução de galáxias.

Há quase 100 anos, astrônomos tentam usar imagens de galáxias no Universo para tentar separá-las em grupos. Edwin Hubble já fazia isso em 1926, notando que galáxias se dividiam em duas categorias principais:

• As espirais (como a nossa própria Via Láctea), com um formato de disco,
• E as elípticas, tipicamente mais arredondadas.

Trabalhos posteriores mostraram que essa distinção era mais fundamental que uma questão simplesmente estética.

As elípticas são tipicamente maiores e abrigam estrelas mais velhas. Além disso, habitam ambientes mais densos, tendo vizinhas mais próximas que as espirais.

Hoje acreditamos, de forma geral, que galáxias espirais colidem umas com as outras quando chegam em regiões mais populadas, formando as elípticas, o que explicaria muitos dos fenômenos observados.

No entanto, muitos detalhes deste processo ainda são desconhecidos, o que levanta a necessidade de classificarmos grandes números de galáxias.

O grande problema é como cumprir a tarefa.

Na época de Hubble, no início do século XX, isso podia ser feito por cientistas que avaliam visualmente cada imagem de cada galáxia, classificando-a como lhe parecer melhor.

Hoje em dia nossos instrumentos nos permitem obter imagem de um número astronômico (desculpem o trocadilho) de galáxias, e seriam necessários vários anos para examinar cada imagem individualmente.

Assim, o uso de técnicas computacionais automatizadas é fundamental para lidar com o grande volume de dados.

Neste trabalho em particular, utilizamos imagens do SPLUS, um projeto brasileiro liderado pela Dra. Claudia Mendes de Oliveira, da Universidade de São Paulo, que está mapeando os céus do hemisfério Sul com um telescópio instalado no Chile.

Com essa nova técnica, em que a inteligência artificial analisa a distribuição de luz em cada pixel e cria sua própria classificação, fomos capazes de catalogar mais de 160 mil galáxias encontradas nessas imagens.

De Bom explica:

A classificação de imagens automatizada é um dos maiores casos de sucesso da inteligência artificial. Para análise dos diferentes tipos de galáxia, isso se tornou fundamental devido ao grande volume de dados com que nos deparamos na Astronomia. Essa informação nos permite entender melhor como diferentes tipos de galáxias se agrupam em maiores escalas e também reconhecer casos raros em que galáxias não se encaixam claramente em categorias pré-definidas.

Projetos futuros esperam encontrar até 20 bilhões de galáxias, o que mostra a necessidade de se desenvolver técnicas capazes de classificar os objetos de maneira rápida e eficiente.

Mas não é só na classificação de galáxias que a inteligência artificial desempenha um papel importante.

Por exemplo, com os telescópios sendo construídos agora, esperamos encontrar objetos que desaparecem do céu em poucos dias, como supernovas ou colisões de buracos negros, e classificá-los corretamente e rapidamente é fundamental para que possamos apontar todos os nossos instrumentos na direção correta, no momento certo.

Nas palavras de De Bom:

O futuro da astronomia está ligado ao grande volume de dados (big data) produzidos pelos novos observatórios. Com os milhões de alertas de objetos se movendo ou que passaram a brilhar todas as noites, a inteligência artificial será necessária para entender esses dados de forma eficaz e fazer novas descobertas, como estrelas que explodem ou estrelas sendo engolidas por buracos negros supermassivos.