Снятие пелены с галактик: как ИИ-деконволюция раскрывает внешнее тушение звездообразования ✛
Снимок далёкой галактики, сделанный с Земли, похож на вид через матовое стекло: атмосфера размывает детали, и внутренняя структура остаётся скрытой. Астрономы давно хотели узнать, где именно в галактиках гаснет звездообразование, но наземные телескопы не позволяли разглядеть тонкие градиенты цвета. Теперь нейросеть научилась снимать эту пелену, восстанавливая чёткость по образцам космических снимков.
Для исследования взяли девять скоплений галактик с красным смещением от 1 до 1.4, то есть мы видим их такими, какими они были, когда Вселенной было около 5 миллиардов лет. Каждый снимок обработали методом деконволюции: сначала математически убрали размытие, а затем нейросеть подавила шумы. Обучение шло на парах «размытое наземное изображение — чёткое космическое от Hubble и James Webb». В результате удалось достичь разрешения около 0.2 угловой секунды, что сравнимо с Hubble, хотя исходное размытие составляло 0.5–0.8 угловой секунды.
После восстановления чёткости каждую галактику разделили на внутреннюю область, содержащую половину света, и внешнюю, содержащую 90%. По цветам этих областей определили, рождаются ли там звёзды. Оказалось, что среди галактик, считавшихся полностью потухшими по суммарному цвету, 21% сохраняют звездообразование в центре и 3% на окраинах. В скоплениях доля преимущественно потухших галактик составляет 48.5±1.7% против 35.7±2.9% в поле. Избыток потушенных галактик в скоплениях равен 19.9±4.5% и не зависит от звёздной массы, что противоречит прежним результатам, где этот избыток рос с массой.
Эти результаты меняют представление о том, как галактики теряют способность рождать звёзды. Раньше считалось, что эффективность тушения сильно зависит от массы, но теперь видно, что интегральные цвета систематически завышают долю полностью потухших галактик, особенно массивных. Пространственно разрешённые данные показывают, что тушение часто идёт снаружи внутрь, и это указывает на важность таких данных для корректной интерпретации.
Метод деконволюции можно масштабировать на огромные выборки галактик из наземных обзоров, таких как Rubin/LSST, где атмосферное размытие ограничивает разрешение. Обучение на снимках Euclid и Roman позволит восстанавливать пространственную структуру для миллиардов объектов. В ближайшей перспективе авторы планируют изучить фазовое пространство галактик с разными путями тушения, чтобы отличить механизмы: обдирание давлением, удушение или приливное взаимодействие. Снятие матового стекла с далёких галактик только начинается.
Деконволюция позволила добиться разрешения около 0.2 угловой секунды, что сравнимо с разрешением космического телескопа Hubble, хотя исходные наземные снимки имели размытие 0.5–0.8 угловой секунды. Это всё равно что читать мелкий шрифт через матовое стекло, а потом внезапно увидеть буквы чётко.
Идея восстанавливать скрытую структуру по размытым данным перекликается с технологией «улучшения изображения» из научной фантастики, например, в сериале «Звёздный путь» или фильме «Бегущий по лезвию», где компьютер достраивает детали по крупицам информации. Здесь нейросеть делает то же самое, но строго на основе обучающей выборки реальных космических снимков.