最近，我和一个由朋友组成的天体物理学家团队一起完成了一个项目，该项目的目的是寻找遥远的星系及其被外太空结构隐藏的星团。 现在，我将与您分享由于这项艰苦的工作而我们所做的事情。
资料分析
星系及其星团是宇宙可见部分的大规模物体。 致力于这些研究的结果为扩展有关各种大型结构的知识领域提供了有价值的信息，并使我们能够确定现代宇宙形式形成的特征。 我将在以下文章中对此进行详细描述（如果您有兴趣）。
为了分析来自望远镜的巨大信息量，即使存在星系，也需要一种自动机制（或更多的天文学家）。 您可以编写执行此任务的程序。 但是，如何教会她区分星系及其星团与空间中的其他物体呢？
我们很幸运，在太空中有一个“魔术”的地方，特别是因为上个世纪发现的Sunyaev-Zeldovich的影响。
效果如下：最初，CMB光子不像桉树分支上的树懒那样高能，但是在与气体中具有大量能量的电子相互作用后，由于团簇中气体的温度而增加了它们的能量，该气体是通过绝热压缩或在力的作用下加热的重力，或星系和星际云之间的碰撞。
图 1. Sunyaev-Zeldovich的影响。通过增加能量，光子会增加其频率，并从毫米范围移动到亚毫米范围。 此时，在银河星团的方向上，具有给定温度在毫米范围内的CMB的光子还不够，因此，在银河星团的方向上相对于平均本底有一个下降。 相反，在亚毫米范围内，存在过多的光子和局部峰。
这表现为：沿着银河星团线观察到的宇宙微波背景（即用热辐射均匀地填充宇宙，以下简称CMB）的影响在低频时显得较弱，而在高频时则较亮。
因此，在效果的影响下，对于低于阈值的频率，背景被转换为负信号（图2，左图），对于高于阈值的频率，背景被转换成零频率217 GHz时无信号（图2，右图）。 这种效应的特征使天文学家能够在光谱的微波区域中找到星系团和超团簇。
什么不是魔术？
图 2. Sunyaev-Zeldovich效应对星系团的可见性质的影响最近，当天体物理学家使用普朗克望远镜研究电磁波谱并提请注意这样一个事实时，即存在这种效应的实验证据是，在某些频率下，观察到的天空区域似乎是“空的”，而在另一些频率上正在出现整个星系团。
图 3.这是使用Sunyaev-Zeldovich效应发现的第一个超级集群。 左边是普朗克获得的图像。 右侧面板显示使用XMM-牛顿天文台获得的图像。
一切都很好，但是我们做了什么？
您知道，当您决定仅仅因为喜欢某事而决定做某事时，通常会出现这种情况，尽管您认为将来不需要。 情况也是一样。
撰写工作主要部分的文字时，处理结果的时间非常少，而且最后期限不到一周，我坐在显示器前，不知道该怎么办。 我有时甚至喜欢这种情况，因为只有在这种情况下，我才需要解决最佳策略的问题。 我了解到我无法物理识别大量数据（大约10,000张图像），并且在我的肩膀上仅通过了三门课程，其中一门课程对我有所帮助。 本课程专门致力于与Google的卷积神经网络Inception一起工作，我曾经经历过“为了自我发展”（本文结尾处的链接）。
为了使用神经网络，使用了Anaconda 2软件，Python 2.7编程语言，用于处理机器学习和大数据的Keras库以及用于处理数值数据的Theano。
当然，如果没有从事机器学习两年的人的建议，它就做不到。 因此，四天后，我们有了一个用于深度学习神经网络的程序。
网络由卷积层（CL）和联合层（PL）的序列组成。 卷积层允许您从输入图像中提取多个功能卡，联合层在功能卡上执行给定的子样本。
这些层序列对应于特征提取步骤。 为了对图像进行分类，输出级别是一个完全连接的层，其单元数等于类数。 该网络是根据基本体系结构构建的，其中有两个阶段的卷积（一种特殊类型的积分变换）和二次采样连接到分类器，如图所示。
图 4.神经网络架构与老师进行了网络培训。 使用GLESP（用于宇宙微波背景图的像素化方案）来编译用于网络训练和进一步识别星系团的照片目录，这将对显示进行严格的正交分解。 为了创建神经网络训练目录，使用了普朗克望远镜任务的数据，其目的是使用Sunyaev-Zel'dovich效应搜索星系及其星团。 任务数据以在100、143、217、353和545 GHz频率上拍摄的6,135张图像的形式呈现。
网络的一些结果如图5所示。我们得到两个系数（0.35和0.87）。 并且如果系数大于0.5，则星系团在图像上。
而且，瞧，我们找到了一个集群！
图 5.网络性能该程序已应用于天空不同部分的图像目录，目前正在分析它们是否存在星系及其星团。
将来，我们将更详细地研究Sunyaev-Zeldovich效应对宇宙中大型物体的可见属性的影响的原理，并创建一个通用分析算法，以更详细地研究空间物体。
我真的希望这篇简短的文章能使您至少花一分钟时间来探索美好的太空世界。 在以下文章中见！
有用的链接：
- 入门课程
- O.V. Verkhodanov，N.V. Verkhodanova，O.S. Ulakhovich等，天体物理学公报，卷73，1，2018
- Ostriker，Jeremiah P.，Ethan T.，Nature，322（6082）：804，1986
- Passmoor S.，Cress C.，MNRAS，397（1），2009年
- 普朗克合作，Astron。 天体.571，A29，2014