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広岛大学宇宙科学センターの植村诚准教授、统计数理研究所の池田思朗教授らを中心とする研究チームは、観测すべきデータを自分で判断し実行する、自律式天体観测システム「スマートかなた」を开発しました。
宇宙には突然爆発的に明るくなる超新星や激変星などの天体现象が存在します。星の爆発が発见された直后は、その正体がよくわからず、追跡観测が重要となります。従来は限られた情报をもとに、どのようなデータを取得するべきか専门家が判断していました。しかし、専门家が毎晩天文台にいるわけではなく、観测のチャンスを逃すこともありました。
本研究で开発した「スマートかなた」は机械学习や人工知能の様々な技术を活用し、専门家の代わりに考えて意思决定するシステムです。このシステムは広岛大学宇宙科学センターが运用する口径1.5尘の「かなた望远镜」に実装されました。约1年间の运用で、新星の爆発初期の観测やマイクロレンズ现象の観测に成功し、「スマートかなた」の専门家に匹敌する意思决定能力が実証されました。
以上の研究成果は、日本天文学会の科学誌Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ)に掲載されました。
宇宙には突然爆発的に明るくなる星「突発天体现象」がたくさんあります。私たちはその中でも激変星と呼ばれる天体を広岛大学宇宙科学センターの口径1.5-尘「かなた望远镜」(図1)を使って研究しています。いつ、どこで発生するかわからず、时事刻々と状态が変化する激変星の爆発を発生直后から観测することが、その正体を解明するために重要です。
突発天体现象の発见件数は世界的な観测プロジェクトの発展により急増しており、発见情报(アラート)は毎晩数十?数百件、通报されています。通常、アラートには天体の位置と明るさといった基本的な情报しか含まれないため、追跡観测がその正体を明らかにする键となります。
しかし、かなた望远镜で取れるデータには天体の「色」「时间変动」「スペクトル」など复数の选択肢があり、取るべきデータはケースバイケースで変わります。従来、どのようなデータを取るべきか、という问题は、天文台にいる専门家が経験と勘に基づいて意思决定していました。この方法では熟练した専门家が天文台に不在の场合は、せっかく贵重な机会を逃してしまいます(図2上)。
そこで私たちは取るべきデータを自分で考えて実行する観测システム「スマートかなた」を开発しました(図2下)。従来の意思决定のプロセスを、1)発见直后の限られた情报から暂定的に天体を分类するステップ、2)その结果から适切な観测モードを意思决定するステップ、3)天候などを判断して自动観测を実行するステップ、に分解し、1)は机械学习の技术を用いて、2)は情报理论の枠组みで、3)には人工知能でも使われる深层学习を利用して、システムを构筑しました。
决められた観测作业を「自动的」に実行するロボット望远镜は既に世界中で稼働していますが、起こった现象の详しいことがよくわからない状况で、确率论的に适切な判断を下して次のアクションの意思决定ができる「自律式」天体観测システムは「スマートかなた」が世界初となります。
本研究は2019年に着想を得て意思决定の自动化に関する実験を开始した后、2020年からシステム开発とかなた望远镜での试験観测を并行して行い、2023年12月からシステムの运用を开始しました。
2024年3月11日、日本のアマチュア天文家である小嶋正氏は午前3时36分にへびつかい座の方向を撮影した画像に新しい天体を発见、天文电报中央局に通报しました。スマートかなたは同日午前5时顷にこの通报を受け、この现象を激変星の一种である「新星」と判断、自动で天体のスペクトルデータを取得しました(図3)。この観测は発见からわずか1时间30分后に开始され、爆発初期の贵重データの取得に成功しました。スマートかなたの観测からこの天体は新星であることが确认され、この天体には「へびつかい座痴4370」という正式名称がつけられました。得られたデータにはスペクトルが短时间で変化する兴味深い现象も捉えられていました。
この新星の他にも2024年8月11日にはマイクロレンズ现象の観测に成功しました。悪天候などで観测できなかった天体も含めて、これらの成果から、「スマートかなた」は従来、専门家が担っていた観测计画の意思决定を的确に代替できることが明らかになりました。
「スマートかなた」の运用は始まったばかりです。今后も运用を続け、従来は観测が难しかった激変星の爆発初期の状态を明らかにしていきます。また、他机関の望远镜とも连携し、天体観测のシステムを新しい时代のものへと进化させることを目指します。
図1 かなた望远镜
図2 星の爆発が発见されてから、かなた望远镜でデータが取得されるまで。上：従来は夜间、天文台で観测している専门家が情报収集から意思决定、観测作业の実行までを行うため时间が掛かり、専门家が不在の时は贵重なデータを取り逃がす。下：本研究で开発した「スマートかなた」は一连の作业を自动化し、特に取るべきデータの意思决定プロセスまで自动化したことで「考える望远镜」を実现した。
図3 新星「へびつかい座痴4370」の画像。
左：爆発前。右：スマートかなたが撮影した爆発直后の画像。左には存在しない明るい星が新星。
（画像提供: Pan-STARRS1サーベイ）
スマートかなたのデモ动画：
＜研究に関すること＞
広岛大学宇宙科学センター 准教授 植村诚
罢别濒：082-424-5765 贵础齿：082-424-5765
贰-尘补颈濒：耻别尘耻谤补尘＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
统计数理研究所 教授 池田思朗
E-mail : shiro＊ism.ac.jp
＜报道に関すること＞
広岛大学 広报室
E-mail : koho＊office.hiroshima-u.ac.jp
统计数理研究所 広报室
E-mail : kouhousec＊ism.ac.jp
(＊は半角＠に置き换えてください)
掲載日 : 2025年02月18日
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