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Finding rare objects with artificial intelligence and big data from Subaru Telescope

Research Project

Project/Area Number 22K14078
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 16010:Astronomy-related
Research InstitutionWaseda University (2023)
National Astronomical Observatory of Japan (2022)

Principal Investigator

嶋川 里澄  早稲田大学, 高等研究所, 准教授(任期付) (20823321)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords銀河 / データ天文学 / 機械学習 / 銀河天文学 / 市民科学 / 光学赤外線天文学 / データサイエンス / ビッグデータ分析・活用 / 統計的パターン認識
Outline of Research at the Start

天文学はこれまで思いがけない未知の物理現象や天体の発見により大躍進を遂げてきた。当該研究は天文データに潜む革新的成果をもたらし得る未知の事象を含む、宇宙の希少現象・天体をAIの活用により意識的に徹底探索することを主眼とする。
本事業では、近年幅広い分野で応用が進む異常検知AI等の深層学習モデルを、すばる望遠鏡ビッグデータに適用することで、比類のない希少天体探査を実現する。貧血渦巻銀河・極金属欠乏銀河・低光度クエーサーと言った希少天体のブラインド探査により、これまでサンプル不足で未解決であった銀河天文学の諸問題の統計的解明、ひいては未知の宇宙物理現象の網羅的探査を成就させる。

Outline of Annual Research Achievements

宇宙には多種多様な銀河が存在し、これらはさまざまな宇宙現象や周囲の環境と密接に関係していることが多くの研究によって示されてきた。結果、これらの関係性の大枠についてはコンセンサスが得られる状況にほぼ近づきつつある。一方で、大枠にハマらない・もしくはその複数の基本的形態や性質の中間にあたるような希少銀河は、サンプル数の少なさから、まだ理解が得られていない部分が多く、銀河天文学におけるミッシングピースとなっている。
当該研究は、すばる望遠鏡に搭載された超広視野可視主焦点カメラ「ハイパーシュプリームカム」で取得された大規模データに基づき、銀河の画像ビッグデータの作成し、その中から機械学習などの数理的手法を用いて宇宙でも珍しい天体を探すことを目的としている。
2023年度では、銀河形態の中でも珍しい、リング構造を持った銀河「リング銀河」のかつてない大規模探査を実施した。ハイパーシュプリームカムによって得られた70万天体に及ぶ銀河の高解像度画像データに対して、機械学習分類を実施し、およそ3万天体に及ぶリング銀河の検出に成功した (Shimakawa et al. 2024 PASJ 76 191)。またこの際、リング銀河の分類器を学習させる際に、国内初の市民天文学プロジェクト「GALAXY CRUISE」で構築された、リング銀河分類を含む第1版公開カタログを活用している。一連の結果はすばる望遠鏡ホームページからプレスリリースした。初年度の成果も加味すると、実施期間内に発行された査読論文2編を持ってして、当該研究の最低限の目標は十分に達成されたと言えるだろう。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度に加えて新たに査読論文を1編発行したことで、ひとまず学術成果として当該研究の最低限の目標は十分に達成されたと考えている。また2023年度の論文成果はすばる望遠鏡ホームページのプレスリリースからも発行し、さまざまな理系メディアからも取り上げられたため、一般社会に向けにも一定の成果を上げることができたと言える。

Strategy for Future Research Activity

2022-2023年度における論文成果2本を中心に、すでに当研究の科学目標は最低限達成された。最終年度は、今後の発展を見据えて、当研究の理想目標である「データ駆動型(教師なし)希少天体探査」のモデル開発に取り組みたい。 これまでの二年間で、いくつかのモデル試行案の策定、およびデータセットの構築計画は完了したため、これらの元に本年度中に実際に試験を行い、今後の方向性に関して目処を立てたい。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 中央研究院天文及天文物理研究所/国立中興大学(その他の国・地域)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] マックス・プランク天体物理学研究所(ドイツ)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] GALAXY CRUISE: Spiral and ring classifications for bright galaxies at <i>z</i> = 0.01?0.32024

    • Author(s)
      Shimakawa Rhythm、Tanaka Masayuki、Ito Kei、Ando Makoto
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 76 Issue: 2 Pages: 191-204

    • DOI

      10.1093/pasj/psae002

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Passive spiral galaxies deeply captured by Subaru Hyper Suprime-Cam2022

    • Author(s)
      Shimakawa Rhythm、Tanaka Masayuki、Bottrell Connor、Wu Po-Feng、Chang Yu-Yen、Toba Yoshiki、Ali Sadman
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 74 Issue: 3 Pages: 612-624

    • DOI

      10.1093/pasj/psac023

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 天文データ科学が拓く銀河宇宙の国勢調査2023

    • Author(s)
      嶋川里澄
    • Organizer
      第一回データ科学研究交流会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] GALAXY CRUISE: Morphological classification with deep learning2023

    • Author(s)
      Rhythm Shimakawa
    • Organizer
      日本天文学会2023年春季年会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] SWIMMY Survey: The New Age of Data-Driven Astronomy2022

    • Author(s)
      Rhythm Shimakawa
    • Organizer
      HSC-AGN collaboration meeting 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] データ銀河天文学とバーチャルリアリティ2022

    • Author(s)
      嶋川里澄
    • Organizer
      駿台天文講座
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Remarks] 市民天文学者とAIの協働で渦巻銀河とリング銀河の大規模検出に成功

    • URL

      https://subarutelescope.org/jp/results/2024/03/13/3374.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 貧血渦巻銀河ってなに?

    • URL

      https://galaxycruise.mtk.nao.ac.jp/news/20220201.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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