Universo, misurate miliardi di galassie con l'intelligenza artificiale

Un gruppo internazionale di scienziati, tra cui alcuni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf), ha usato l’intelligenza artificiale per misurare le dimensioni di galassie distanti fino a circa sette miliardi di anni luce dalla Terra. Come dei veri e propri 'sarti galattici', i ricercatori - coordinati da Nicola R. Napolitano, professore ordinario presso la Sun Yat-sen University (Cina) - hanno sviluppato una rete neurale convoluzionale per determinare i parametri strutturali delle galassie, in particolare le loro dimensioni. La rete neurale ha il vantaggio di 'misurare' queste grandezze molto più velocemente rispetto ai metodi tradizionali, che si basano su tecniche computazionali più lente. Si tratta di uno strumento fondamentale per analizzare l'enorme mole di dati che arriverà in futuro da telescopi come Rubin e Euclid, che osserveranno un terzo dell’intera volta celeste. I risultati di queste ricerche sono stati pubblicati oggi sulla rivista The Astrophysical Journal.

"Come un sarto ha l’occhio e l’esperienza per determinare la taglia di una persona per poi confezionargli il vestito perfetto, così l’astronomo ha bisogno di conoscere la forma e la taglia delle galassie, che rappresentano informazioni cruciali per capirne la struttura e ricostruire i modelli per spiegare la loro storia evolutiva”, racconta Crescenzo Tortora, ricercatore presso l’Inaf di Napoli e coautore dell’articolo. Tortora ha contribuito in questi anni allo sviluppo di queste tecniche anche per trovare lenti gravitazionali. La rete neurale al centro di questo studio si chiama GaLNet (GAlaxy Light profile convolutional neural Network). È la prima volta al mondo che questa tecnica è stata applicata su dati da Terra, dimostrando che l’intelligenza artificiale, molto più veloce e accurata delle tecniche usuali, rappresenta il futuro per questo tipo di misure nelle survey a grande campo, sia da Terra (Rubin/Lsst) che dallo spazio (Euclid), che permetteranno di osservare miliardi di galassie. Questi enormi database, alla cui costruzione i ricercatori italiani forniranno un contributo fondamentale proprio grazie all’intelligenza artificiale, permetteranno di studiare i processi fisici che hanno guidato l’evoluzione delle galassie dalle epoche primordiali dell’universo fino a oggi.

L'Inaf ricorda che le galassie con più alta massa hanno dimensioni che variano molto in funzione della massa: è per esempio il caso delle galassie ellittiche con masse da 10 miliardi di masse solari in su. A questo va aggiunto un dato importante, cioè che le dimensioni di determinate galassie variano col passare del tempo cosmico, e sono cambiate fino a 4 volte negli ultimi 10 miliardi di anni. La variazione di dimensioni può essere spiegata attraverso il fenomeno del merging di galassie, ovvero la fusione tra galassie di simile massa e dimensione (major merger) o di massa e dimensioni molto minori (minor merger). Questo ultimo tipo di fusione sembra essere il processo più accreditato per spiegare la forte evoluzione delle dimensioni galattiche.