探索遙遠暗弱的天體與結構,是破解宇宙起源演化、物質能量迴圈等科學謎題的關鍵。我國科學家基於計算光學原理與人工智慧演算法,開發出天文AI模型“星衍”,可解鎖暗弱天體信號,探測到超過130億光年的星系,並獲取目前國際已知探測最深的深空影像。該成果2月20日淩晨線上發表於《科學》。
暗弱天體蘊藏著理解宇宙起源與演化的關鍵資訊。然而,天光背景雜訊與望遠鏡的熱輻射雜訊疊加,會對暗弱天體信號形成干擾,這成為探秘宇宙的一大挑戰。

圖為天文AI模型星衍概念圖。(受訪者供圖)
清華大學自動化系戴瓊海教授、天文系蔡崢副教授、自動化系吳嘉敏副教授等帶領團隊,自研出星衍模型,可解碼空間望遠鏡的海量數據,並相容多元探測設備,有望成為通用深空數據增強平臺。
“星等”是為天體亮度劃分的等級,數值越大,天體越暗。研究顯示,將星衍應用於詹姆斯·韋布空間望遠鏡,覆蓋波段可從可見光(約500納米)延伸到中紅外(5微米),並將其深空探測深度提升1個星等,探測準確度提升1.6個星等——這相當於將空間望遠鏡等效口徑從約6米提升到近10米的量級。
“我們生成了目前國際探測深度最優的深空成像結果,刷新了深空探測極限並繪製了極深圖像。”蔡崢說,團隊利用星衍發現了超過160個宇宙早期候選星系,這些星系存在於宇宙大爆炸後2至5億年,而此前國際上僅發現50餘個同時期星系。

圖為過往研究(藍紫星標)與星衍(橙色星標)發現的候選星系效果對比圖。(受訪者供圖)
吳嘉敏介紹,星衍的“自監督時空降噪”技術專注於對暗弱信號的提取重建,通過對雜訊漲落與星體光度的聯合建模,並直接用海量觀測數據訓練,在增加探測深度的同時,確保了探測準確性。
《科學》審稿人評價,該研究為探測宇宙提供了“強大工具”,“將對天文領域產生重要影響”。
戴瓊海表示,依託星衍,天文觀測中受雜訊干擾的暗弱天體得以高保真重現。該技術未來有望應用於更多新一代望遠鏡,為解碼暗能量、暗物質、宇宙起源、系外行星等重大科學問題提供助力。
來源:中國新華社客戶端