Satelita WISE odkrył setki milionów nowych kosmicznych źródeł w podczerwieni. Ich wiarygodna klasyfikacja jest jednak wciąż sporym wyzwaniem. Zwykła identyfikacja w oparciu o barwy obiektów często nie wystarcza – do osiągnięcia zadowalającego poziomu kompletności otrzymywanych próbek danego typu źródeł niezbędne są bardziej zaawansowane metody ich klasyfikacji. Polscy astronomowie z Uniwersytetu Jagiellońskiego i innych ośrodków badawczych opracowują nowe, zautomatyzowane algorytmy klasyfikacji źródeł podczerwonych z obejmującego całe niebo przeglądu WISE.
WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) to teleskop kosmiczny krążący wokół Ziemi na orbicie okołobiegunowej, który przeskanował całe niebo w czterech zakresach fal podczerwonych – od 3,4 mikrometra do 22 mikrometrów. Wykrył przy tym niemal 750 milionów źródeł, które zostały przedstawione w dostępnym już dziś publicznie katalogu danych o nazwie AllWISE Source Catalogue. WISE stanowi najszerszy i najgłębszy jak dotychczas przegląd nieba w podczerwieni. To jednocześnie katalog, który jest z naukowego punktu widzenia ogromnym krokiem naprzód w porównaniu z wcześniejszymi katalogami podczerwonymi całego nieba – takimi jak IRAS (1984), 2MASS (2006) czy AKARI (2007).
Głównym celem polskiego zespołu naukowego było otrzymanie osobnych – obszernych, kompletnych i naukowo wiarygodnych – katalogów gwiazd, galaktyk i kwazarów, w przypadku których zastosowana metodyka klasyfikacji bazuje jedynie na tych parametrach obserwacyjnych, które są dostępne w samych danych z przeglądu WISE. To zarazem takie wartości, które są dobrze zmierzone dla większości nowo wykrytych źródeł. Automatyczna klasyfikacja oparta została na algorytmach tak zwanego nadzorowanego uczenia maszynowego (ang. supervised machine learning). Wymaga ona dostarczenia specjalnej „próbki treningowej”, złożonej z obiektów niebieskich o znanej już wcześniej, pewnej klasyfikacji. W opisywanych badaniach wykorzystano w tym celu dane spektroskopowe z przeglądu Sloan Digital Sky Server – SDSS (DR10).
Trafność tej metody klasyfikacji została przetestowana w funkcji ekstynkcji i jasności obserwowanej, a także minimalnej liczby obiektów w zbiorze treningowym niezbędnej do uzyskania stabilnej klasyfikacji i minimalnej liczby wymiarów badanej przestrzeni parametrów. Oceniono, że próbka treningowa licząca mniej niż 10 000 losowo wybranych źródeł była wystarczająco duża do przeprowadzenia wiarygodnej klasyfikacji. Ostatecznie opracowaną metodę zastosowano do wszystkich danych przeglądu WISE z limitem jasności 16 magnitudo w paśmie podczerwieni 3,4 mikrometra.
Zespół otrzymał bardzo dobrą wydajność klasyfikacji w oparciu o wszystkie przeprowadzone testy. W zakresie najjaśniejszych źródeł kompletność wykrywanych gwiazd i galaktyk wyniosła ~95%. Obniżała się ona do około 80% dla granicy jasności 16 magnitudo. Dla kwazarów utrzymała się z kolei na poziomie około 95% niezależnie od ich jasności. Klasyfikacja źródeł z pełnego przeglądu WISE pozwoliła na skompletowanie wiarygodnych katalogów nowych kandydatów na gwiazdy, galaktyki i kwazary. Jednak w rzeczywistości pewne źródła zidentyfikowane przez algorytm klasyfikujący jako kwazary są galaktykami z dużą zawartością pyłu. Próbkę kwazarów charakteryzuje również „domieszka” innych źródeł położonych głównie na niskich szerokościach ekliptycznych.
Otrzymany katalog kandydatów na galaktyki – w przeciwieństwie do katalogu gwiazd – wymagał dodatkowych poprawek. Zespół odrzucił najbardziej problematyczne obszary płaszczyzny galaktycznej i zgrubienia centralnego Drogi Mlecznej, usuwając tym samym prawie 30 milionów obiektów ze zbioru 84,5 milionów źródeł zidentyfikowanych wcześniej jako galaktyki. Odrzucono także najjaśniejsze źródła na niebie oraz czterysta najbardziej odstających od normy obiektów widocznych w najsłabszym zakresie badanej jasności. Dzięki temu w sposób automatyczny wyeliminowano te ciała niebieskie, które są niemal na pewno gwiazdami.
Próbkę kandydatów na kwazary poddano podobnej procedurze oczyszczania. Zastosowano to samo odcięcie ze względu na płaszczyznę Galaktyki, eliminując blisko 30% z ponad 9 milionów źródeł na całym niebie rozpoznanych wstępnie jako kwazary. Następnie zespół dokonał selekcji źródeł z jasnego końca badanego zakresu celem odrzucenia tych obiektów, które błędnie zaklasyfikowano jako gwiazdy – zlokalizowanych przeważnie na niskich szerokościach galaktycznych i w tle Obłoków Magellana.
Na zdjęciu: Satelita WISE. Źródło: NASA
Dodatkowo odkryto, że różne problemy techniczne związane ze skanowaniem nieba przez satelitę WISE są odzwierciedlane w otrzymanych wynikach, np. w postaci pasów o zawyżonej gęstości prostopadle do płaszczyzny ekliptyki, będących wynikiem manewrów unikowych satelity względem Księżyca. Występuje też dodatkowo zawyżona gęstość źródeł, która wydaje się z grubsza podążać za ekliptyką i jest wyraźnie widoczna w prawym górnym rogu mapy i poniżej i na lewo od zgrubienia centralnego. Sugeruje to pewne bardzo miejscowe zanieczyszczenie tła nieba, które może pochodzić od planetoid lub światła zodiakalnego i z dużym prawdopodobieństwem świadczy o obecności czwartego rodzaju źródeł w danych WISE – w odniesieniu do zaledwie trzech rodzajów obiektów zawartych w próbce danych treningowych z SDSS.
Warto dodać, że choć teleskop WISE zakończył działalność 1 lutego 2011 i został wprowadzony w stan uśpienia, już we wrześniu 2013 satelita został ponownie uruchomiony i pod nazwą NEOWISE kontynuuje poszukiwanie obiektów bliskich Ziemi (NEO) oraz badania znanych wcześniej planetoid.
Czytaj więcej:
- Satelita WISE
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja: Towards automatic classification of all WISE sources, A. Kurcz, M. Bilicki, A. Solarz, M. Krupa, A. Pollo, K. Małek, Astronomy and Astrophysics.
Źrodło: OA UJ
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Rysunek: Mapa całego nieba przedstawiająca około 45 milionów kandydatów na galaktyki zidentyfikowanych przez zespół w danych z przeglądu AllWISE W1 (we współrzędnych galaktycznych Aitoffa). Źródło: Publikacja zespołu.
