كشف النقاب عن المجرات: كيف يكشف فك الالتفاف بالذكاء الاصطناعي عن الإخماد الخارجي لتشكل النجوم
صورة المجرة البعيدة الملتقطة من الأرض تشبه النظر عبر زجاج مصنفر: الغلاف الجوي يشوش التفاصيل، ويظل البنية الداخلية مخفيًا. لطالما أراد علماء الفلك معرفة أين بالضبط يتوقف تشكل النجوم في المجرات، لكن التلسكوبات الأرضية لم تسمح برؤية التدرجات اللونية الدقيقة. الآن، تعلمت شبكة عصبية إزالة هذا الضباب، مستعادة الوضوح بالاستناد إلى نماذج من الصور الفضائية.
لهذه الدراسة، اختيرت تسعة عناقيد مجرية عند انزياح أحمر بين 1 و1.4، أي أننا نراها كما كانت عندما كان عمر الكون نحو 5 مليارات سنة. عولجت كل صورة بطريقة فك الالتفاف (deconvolution): أولاً، أزيلت الضبابية رياضيًا، ثم قمعت الشبكة العصبية الضوضاء. تم التدريب على أزواج من «صورة أرضية مشوشة وصورة فضائية واضحة من هابل وجيمس ويب». ونتيجة لذلك، تمكنوا من تحقيق دقة تبلغ نحو 0.2 ثانية قوسية، وهو ما يقارن بدقة هابل، رغم أن الضبابية الأصلية كانت تتراوح بين 0.5 و0.8 ثانية قوسية.
بعد استعادة الوضوح، قسمت كل مجرة إلى منطقة داخلية تحتوي نصف الضوء، ومنطقة خارجية تحتوي 90% منه. ومن ألوان هاتين المنطقتين، حدد ما إذا كانت النجوم تتشكل هناك. واتضح أنه بين المجرات التي كانت تُعتبر خامدة تمامًا بناءً على لونها الكلي، تحتفظ 21% منها بتشكل نجوم في المركز، و3% في الأطراف. في العناقيد، تبلغ نسبة المجرات الخامدة في الغالب 48.5±1.7% مقابل 35.7±2.9% في الحقل. الفائض من المجرات الخامدة في العناقيد يساوي 19.9±4.5% ولا يعتمد على الكتلة النجمية، وهو ما يناقض النتائج السابقة التي كان فيها هذا الفائض يزداد مع الكتلة.
هذه النتائج تغير الفهم حول كيفية فقدان المجرات لقدرتها على تكوين النجوم. سابقًا، كان يُعتقد أن كفاءة الإخماد تعتمد بشدة على الكتلة، لكن الآن نرى أن الألوان التكاملية تبالغ بشكل منهجي في نسبة المجرات الخامدة تمامًا، خاصة الضخمة منها. البيانات الموزعة مكانيًا تُظهر أن الإخماد غالبًا ما يحدث من الخارج إلى الداخل، وهذا يشير إلى أهمية هذه البيانات للتفسير الصحيح.
يمكن توسيع نطاق طريقة فك الالتفاف ليشمل عينات ضخمة من المجرات من المسوحات الأرضية مثل Rubin/LSST، حيث تحد الضبابية الجوية من الدقة. التدريب على صور من Euclid وRoman سيتيح استعادة البنية المكانية لمليارات الأجرام. في المستقبل القريب، يخطط المؤلفون لدراسة الفضاء الطوري للمجرات ذات مسارات الإخماد المختلفة، لتمييز الآليات: التجريد بالضغط (ram pressure stripping)، أو الاختناق (starvation)، أو التفاعل المدّي (tidal interaction). إزالة الزجاج المصنفر عن المجرات البعيدة قد بدأت للتو.
أتاح فك الالتفاف تحقيق دقة تبلغ حوالي 0.2 ثانية قوسية، وهو ما يعادل دقة تلسكوب هابل الفضائي، على الرغم من أن الصور الأرضية الأصلية كانت ذات ضبابية تتراوح بين 0.5 و0.8 ثانية قوسية. الأمر أشبه بقراءة خط صغير عبر زجاج مصنفر، ثم فجأة ترى الحروف بوضوح تام.
فكرة استعادة البنية الخفية من بيانات ضبابية تذكرنا بتقنية "تحسين الصورة" في الخيال العلمي، كما في مسلسل "ستار تريك" أو فيلم "بليد رانر"، حيث يكمل الكمبيوتر التفاصيل من فتات المعلومات. هنا تقوم الشبكة العصبية بنفس الشيء، ولكن بدقة بناءً على عينة تدريب من صور فضائية حقيقية.