Combining Collective and Artificial Intelligence to Understand the Early Universe

• 研究課題/領域番号: 20K14464
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: HARTWIG Tilman 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00843434)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: Artificial Intelligence / Machine Learning / Astronomy / Data Science / Stellar Parameters / Milky Way / Citizen Science / Astrophysics / Spectroscopy / Stellar Archaeology

研究開始時の研究の概要

2020 (Design): First public lectures, preparation of data

2021 ("First Light"): PFS starts to operate, analysis of benchmark stars, second public lecture

2022 (Data Analysis): Application of citizen-developed, AI-based pipeline to PFS spectra.

研究成果の概要

私たちは、次期スバルプライムフォーカス分光器の情報獲得を最大化するために、畳み込みニューラルネットワークに基づいた新しいスペクトル解析パイプラインを開発することを提案しました。 私たちは、国際的な協力者チームと協力して、天の川銀河内の古い、金属の乏しい星の化学組成を分析することで、宇宙初期の星形成を理解するために、このようなツールの開発を開始しました。 私たちは、人工知能 (AI) に関する一連の公開講座に先立ち、市民科学プロジェクトとして畳み込みニューラル ネットワークを最適化したいと考えていました。 しかし、新型コロナウイルスの影響で計画を変更する必要がありました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

We made significant contributions to the data analysis pipeline of the Prime Focus Spectrograph on the Japanese Subaru Telescope. Despite delays caused by the Covid pandemic, we developed new tools, shared our data with the public, and prepared the scientific data analysis.

研究成果

• [国際共同研究] Cal Tech/John Hopkins University(米国)
• [雑誌論文] Machine Learning Detects Multiplicity of the First Stars in Stellar Archaeology Data (2023)
  • 著者名/発表者名: Hartwig Tilman、Ishigaki Miho N.、Kobayashi Chiaki、Tominaga Nozomu、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 946 号: 1 ページ: 20-38
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acbcc6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Machine-learning Approach to Assessing the Presence of Substructure in Quasar-host Galaxies Using the Hyper Suprime-cam Subaru Strategic Program (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagele Chris、Silverman John D.、Hartwig Tilman、Li Junyao、Bottrell Connor、Ding Xuheng、Toba Yoshiki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 947 号: 1 ページ: 30-30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acbd4a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First estimate of the local value of the baryonic streaming velocity (2023)
  • 著者名/発表者名: Uysal Bet?l、Hartwig Tilman
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 520 号: 3 ページ: 3229-3237
  • DOI: 10.1093/mnras/stad350
• [雑誌論文] A-SLOTH: Ancient Stars and Local Observables by TracingHalos (2022)
  • 著者名/発表者名: Magg Mattis、Hartwig Tilman、Chen Li-Hsin、Tarumi Yuta
  • 雑誌名: Journal of Open Source Software 巻: 7 号: 74 ページ: 4417-4417
  • DOI: 10.21105/joss.04417
• [雑誌論文] Public Release of A-SLOTH: Ancient Stars and Local Observables by Tracing Halos (2022)
  • 著者名/発表者名: Hartwig Tilman、Magg Mattis、Chen Li-Hsin、Tarumi Yuta、Bromm Volker、Glover Simon C. O.、Ji Alexander P.、Klessen Ralf S.、Latif Muhammad A.、Volonteri Marta、Yoshida Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 936 号: 1 ページ: 45-45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac7150
• [雑誌論文] Optical Spectroscopy of Dual Quasar Candidates from the Subaru HSC-SSP program (2021)
  • 著者名/発表者名: Tang S.、Silverman J.D.、Ding X.、Li J.、Lee K.-G.、Strauss M.A.、Goulding A.、Schramm M.、Kawinwanichakij L.、Xavier P.J.、Hennawi J.F.、Imanishi M.、Iwasawa K.、Toba Y.、Kayo I.、Oguri M.、Matsuoka Y.、Onoue M.、Jahnke K.、Ichikawa K.、Hartwig T.、Kashikawa N.、Kawaguchi Toshihiro、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 922 号: 1 ページ: 83-83
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac1ff0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of metals in old Milky Way halo stars based on GALAH and Gaia (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Miho N、Hartwig Tilman、Tarumi Yuta、Leung Shing-Chi、Tominaga Nozomu、Kobayashi Chiaki、Magg Mattis、Simionescu Aurora、Nomoto Ken’ichi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 506 号: 4 ページ: 5410-5429
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metal-poor Stars Observed with the Southern African Large Telescope (2020)
  • 著者名/発表者名: Rasmussen Kaitlin C.、Zepeda Joseph、Beers Timothy C.、Placco Vinicius M.、Depagne ?ric、Frebel Anna、Dietz Sarah、Hartwig Tilman
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 905 号: 1 ページ: 20-20
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abc005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dual Supermassive Black Holes at Close Separation Revealed by the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (2020)
  • 著者名/発表者名: Silverman J.D., Tang S., Lee K.-G., T. Hartwig, A. Goulding, M.A. Strauss, M. Schramm, X. Ding, R. Riffel, S. Fujimoto, C. Hikage, M. Imanishi, K. Iwasawa, K. Jahnke, I. Kayo, N. Kashikawa, T. Kawaguchi, 他16名
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 899 号: 2 ページ: 154-154
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aba4a3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implications of Inhomogeneous Metal Mixing for Stellar Archaeology (2020)
  • 著者名/発表者名: Tarumi Yuta、Hartwig Tilman、Magg Mattis
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 897 号: 1 ページ: 58-58
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab960d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radio Power from a Direct-collapse Black Hole in CR7 (2020)
  • 著者名/発表者名: Whalen Daniel J.、Mezcua Mar、Meiksin Avery、Hartwig Tilman、Latif Muhammad A.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 896 号: 2 ページ: L45-L45
  • DOI: 10.3847/2041-8213/ab9a30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Neural Networks Fail to Learn Periodic Functions and How to Fix It (2020)
  • 著者名/発表者名: Ziyin, Liu and Hartwig, Tilman and Ueda, Masahito
  • 雑誌名: Proceedings: Advances in Neural Information Processing Systems 巻: 33 ページ: 1583-1594
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] PopIII Posterior Distributions with A-SLOTH (2022)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: University of Heidelberg
  • 国際学会
• [学会発表] Multiplicity of the first stars confirmed by supervised classification of extremely metal-poor stars (2021)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: GALAH Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Machine learning finds hint for multiplicity of the first stars in stellar archaeology data (2021)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: Metal-Poor Universe
  • 国際学会
• [学会発表] Machine learning finds hint for multiplicity of the first stars in stellar archaeology data (2021)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: NIC-XVI
  • 国際学会
• [学会発表] The First Stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: SAERAC
  • 招待講演
• [学会発表] AI-based constraints on the multiplicity of the first stars (2020)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: First Stars Domestic Workshop
• [学会発表] Public Release of A-SLOTH (2020)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: ASJ Fall Meeting
• [学会発表] Neural Networks can learn periodic data (2020)
  • 著者名/発表者名: Tilman Hartwig
  • 学会等名: RESCEU Summer School