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L’ Intelligenza Artificiale, vede dove i telescopi non vedono, e aiuta a comprendere le strutture e le alte energie del cosmo
Il cielo azzurro che ci sta sopra nasconde un luogo violento dove le energie presenti raggiungono valori incredibili. L’anno scorso è stato rilevato un raggio cosmico invisibile ad occhio nudo e ribattezzato « OMG , Oh My God ! » . In termini numerici, il livello di energia misurato è stato di 244 exa-elettronvolt (EeV). Per chi non ha familiarità con queste grandezze basti sapere che un EeV = 6.2415064799632E+18 electron volt, ovvero 624.000.000.000.000.000.000 volt. Se volete compredere l’energia di quel raggio cosmico moltiplicate il 624…. per 244, comunque ricordando che per accendere una lampadina di volt ne bastano solamente 220/230.
Capire, o almeno tentare di capire, dei fenomeni di alta energia è quindi un impegno chiave dell’astrofisica moderna per la comprensione della struttura dell’universo. Nello spettro elettromagnetico le energie più elevate sono collegate ai fenomeni più carichi di energia, come quelli che coinvolgono i buchi neri, i lampi di raggi gamma e i nuclei galattici attivi. Già nel 2018 l’intelligenza artificiale (AI) è diventata uno strumento importante per gli astrofisici proprio nello studio dei nuclei galattici attivi dando una mano agli scienziati dove i telescopi non riescono ad arrivare.
L’11 giugno 2008 la NASA lanciò il telescopio spaziale FERMI. Si tratta di un telescopio per i raggi gamma ad alta energia che copre un intervallo energetico fino a 300 Giga elettronvolt (GeV). Il satellite Fermi è in grado di monitorare l’intero cielo ogni due orbite (cioè ogni 2,96 minuti) e questo rende lo strumento ancor oggi più adatto per un monitoraggio quasi continuo e la ricerca di variabilità delle sorgenti di radiazione gamma. Il satellite FERMI è gestito da una collaborazione scientifica internazionale di oltre 400 scienziati ed anche chi vi scrive ne fa parte.
Che cosa cerchiamo con FERMI?
Oggetti cosmici che emettono radiazioni gamma. I principali sono galassie con un nucleo attivo (AGN) cioè che emette radiazioni.
Non tutte le galassie sono galassie attive. Il telescopio FERMI, per le sue caratteristiche costruttive è in grado di rivelare getti energetici che puntino verso FERMI per angoli sufficientemente piccoli , mentre la sua sensibilità diminuisce notevolmente fino ad azzerarsi quando vengono osservate galassie orientate per grandi angoli rispetto a FERMI. Sappiamo che esistono nell’universo, e probabilmente sono la maggioranza, nuclei galattici attivi non allineati (MAGNs) e quindi invisibili, o quasi per FERMI. Lo studio dei MAGNs e del loro ambiente nel cielo dei raggi gamma è estremamente interessante, perché queste galassie sono considerate le popolazioni genitoriali dei blazars che rappresentano più del 50% delle sorgenti di raggi gamma conosciute.
Per dare una mano a FERMI a superare i limiti strumentali e comunque individuare nuovi candidati MAGN sono state quindi messe a punto tecniche di intelligenza artificiale ad apprendimento automatico (AI) in grado di confrontarsi anche con metodi più rigorosi come lo spettro ottico.
Il ruolo dell’intelligenza artificiale
Un processo AI inizia con un dialogo tra lo scienziato e la macchina ediIl linguaggio attraverso il quale “l’umano” dialoga con AI è un algoritmo matematico opportunamente costruito per quello scopo. L’algoritmo viene “educato” a riconoscere le caratteristiche degli oggetti ideali e testato su oggetti cosmici individuati in maniera approssimativa dal telescopio FERMI.
Così facendo l’algoritmo “impara” ciò che è giusto è ciò che è sbagliato, ritornando allo scienziato un’informazione espressa nella probabilità che quella galassia sia proprio del tipo che si sta ricercando. Facendo lavorare l’algoritmo più volte (anche centinaia) su campioni diversi tra loro, questo “si autocorregge” e diventa sempre più efficiente, indipendente ed intelligente fino a valori di probabilità pari a 0,9998 che si avvicinano moltissimo alla certezza.
Una simile tecnica di intelligenza artificiale consente inoltre di analizzare migliaia di oggetti in un tempo brevissimo, e visto l’affollamento cosmico, si tratta di una manna dal cielo per lo scienziato ricercatore. Per fare un esempio sul reale, il telescopio FERMI su circa 1000 galassie gamma aveva evidenziato solamente 15 galassie del tipo MAGN, l’ applicazione dell’AI ai soggetti incerti di FERMI ne ha scorto altre 35. Questo significa che l’AI “vede” di più del telescopio spaziale? In “un certo senso” , si.
Le conferme sui risultati raggiunti dall’Intelligenza Artificiale
Sarà stato l’algoritmo sufficientemente preciso? Gli oggetti che ha individuato saranno veramente delle galassie attive? Per ottenere questa conferma sono necessarie analisi multi-lunghezza d’onda, iniziando con le controparti radio degli oggetti scelti dall’AI. Trattandosi di galassie dovremmo aspettarci strutture radio estese. Relativamente allo studio in oggetto, l’analisi sulla morfologia dei candidati è stata eseguita tramite un’indagine sui dati VLA Faint Images of the Radio Sky at Twenty-Centimeters (FIRST) survey, prodotto del Karl Guthe Jansky Very Large Array il raggruppamento di radiotelescopi situati a Socorro, nel Nuovo Messico.
Lo studio della morfologia radio ha mostrato una sequenza molto bella di strutture galattiche estese confermando l’abilità dell’algoritmo di AI di “vedere anche dove non si vede” e di individuare “i soggetti difficili”. Probabilmente, senza l’uso dell’AI, non ne sapremmo delle alte energie cosmiche quanto ne sappiamo ora. La nuova astrofisica passerà inevitabilmente attraverso nuove intelligenze, sia pur artificiali.
A seguire le immagini morfologiche dei candidati AI rilevate ai radiotelescopi VLA. La struttura estesa conferma la natura galattica degli oggetti gamma e quindi la bontà del dato prodotto da AI.
Per approfondeire: arXiv:1808.05881 Hunting misaligned radio-loud AGN (MAGN) candidates among the uncertain γ-ray sources of the third Fermi-LAT Catalogue
