Australian PhD -tiimi käyttää tekoälyä James Webb -teleskoopin kirkkauden palauttamiseen

Kosmos on syvä ja laaja. Se on karmivan kaunis ja täynnä mysteerejä. Tämän universumin ymmärtäminen on avain oman alkuperämme ja paikkamme ymmärtämiseen sen sisällä.

Tämän edistämiseksi tiedemiehet ovat rakentaneet James Webb -avaruusteleskoopin (JWST), voimakkaan välineen, jonka on suunniteltu keräämään valoa ensimmäisistä galakseista ja paljastamaan, miten maailmamme syntyi. Se on suurin avaruusteleskooppi, mikä mahdollistaa tähtitieteellisten kohteiden tutkimisen infrapunasäteilyn avulla.

Tämä valonmuoto sisältää pidempiä aallonpituuksia kuin näkyvä valo, ja se pystyy läpäisemään kosmisen pölypilvien, jotka estävät näkyvän valon kulun. Koska Webb tarkkailee pidempiä aallonpituuksia, se tarvitsee suuren keräysalueen saavuttaakseen korkean tarkkuuden.

Webbin pääpeili koostuu 18:sta kuusikulmaisesta peilisegmentistä, jotka on valmistettu kultapinnoitetusta berylliumista, muodostaen 6,5 metrin halkaisijaltaan olevan peilin. Tämä suuri peili yhdistettynä korkean tarkkuuden ja herkkyyden instrumentteihin mahdollistaa Webbille kohteiden havaitsemisen, jotka ovat paljon kauempana kuin aiemmat avaruusteleskoopit pystyivät.

Jotta nämä havainnot olisivat mahdollisia, Webbin on pysyttävä äärimmäisen alhaisissa lämpötiloissa, alle 50 K (−370 °F; −223 °C). Tämä estää teleskoopin oman lämmön häiritsemästä heikkoja infrapunasignaaleja, joita se pyrkii tallentamaan. Monikerroksinen aurinkosuoja suojaa teleskooppia ulkoisilta lämmönlähteiltä, kuten Auringolta, Kuulta ja Maalta.

Näiden voimakkaiden instrumenttien avulla Webb on mahdollistanut tutkimuksia eri tähtitieteen ja kosmologian aloilla, mukaan lukien ensimmäisten tähtien havainnointi, ensimmäisten galaksien muodostuminen ja yksityiskohtainen ilmakehätutkimus mahdollisesti asuttavien eksoplaneettojen osalta.

Kuitenkin jotkut viimeaikaiset Webb-kuvat ovat olleet melko sumuisia johtuen yhteen sen keskeisistä instrumenteista kohdistuneista vääristymistä. Ratkaistakseen ongelman kaksi Sydneyn yliopiston tohtorintutkijaa, Max Charles ja Louis Desdoigts, turvautuivat tekoälyyn. Vaikuttavaa on, että he tekivät sen Maasta käsin ilman laitteistomuutoksia.

Mutta miksi tämä on tärkeää? Mitä Webb on löytänyt, mikä tekee terävistä kuvista niin merkittäviä? Tarkastellaanpa.

James Webb -avaruusteleskooppi: Yllättäviä havaintoja varhaisesta universumista

Toiminnan aloittamisesta lähtien Webb on löytänyt galakseja monimutkaisella rakenteella ja mustia aukkoja, kun universumi oli vielä hyvin nuori, haastamalla aiemman tietämyksemme siitä, kuinka nopeasti ensimmäiset galaksit voivat muodostua ja kasvaa.

Webb on paljastanut selkeitä ilmakehän merkkejä — mukaan lukien metaani, hiilidioksidi, rikkidioksidi, ammoniakki ja jopa vety-sulfiidi — useilla maailmoilla. Joillakin näistä molekyyleistä oli ennen JWST:ta vain epävarmaa näyttöä (tai ei lainkaan); Webb toimitti ensimmäiset yksiselitteiset havaitsemiset useissa tapauksissa, edistäen eksoplaneettojen kemiaa dramaattisesti.

Teleskooppi on havainnut ominaisuuksia, kuten Jupiterin revontulia ja luokitellut pieniä kappaleita upotettu asteroidivyöhykkeeseen Jupiterin ja Marsin välillä, jotka ovat vaikeita muiden teleskooppien havaita, osoittaen JWST:n joustavuutta. Useita massiivisia mustia aukkoja on myös löydetty teleskoopin toimesta.

Näiden ja monien muiden löytöjen myötä JWST on täyttänyt lupauksensa. Se osoittaa meille, että varhainen universumi on paljon aktiivisempi ja monimutkaisempi kuin luulimme sen olevan. Sen voima auttaa meitä entisestään menemään galaksimme ja aurinkokuntamme ulkopuolelle tarkemmilla ja täsmällisemmillä näkemyksillä kosmosin luonteesta.

Viime aikoina tähtitieteilijät havaitsevat¹ “yksi kaikkein hämmentävimmistä löydöksistä” tähän mennessä käydessä läpi Webb-kuvia.

Nämä erittäin kirkkaat ja hämmentävät kohteet voivat olla varhaisin tunnettu galaksi universumissa, joka ilmestyi 100 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, tai ne voivat olla ruskea kääpiö, eli epäonnistunut tähti, joka on suurempi kuin suurimmat kaasujättiläiset, mutta ei riittävän suuri ylläpitämään ydinfuusiota ytimessään. Capotauron tarkka identiteetti on epävarma, mutta se on ehdottomasti “mielenkiintoinen ja lupaava”.

Capotauro havaittiin Italian Kansallisen Astrofysiikan instituutin astrofysiikojen tiimin toimesta aikaisemmassa tutkimuksessa, kun he yrittivät tunnistaa vanhoja galakseja JWST-havainnoissa. Kuitenkin hienorakean datan puute teki sen identiteetin määrittämisen mahdottomaksi. Mutta sitten JWST julkaisi lisää dataa Capotaurosta tänä vuonna, mikä auttoi tiimiä rajaamaan, mitä se voisi olla.

Tiimi käytti JWST:n lähi-infrapunakameran (NIRCam) ottamia kuvia seitsemällä aallonpituudella mitatakseen Capotauron kirkkauden sekä rajoitettua mutta tarkempaa dataa JWST:n lähi-infrapunaspektrografiasta (NIRSpec) saadakseen käsityksen sen iästä ja lämpötilasta.

NIRCam- ja NIRSpec-datat yhdistettiin, ja sen jälkeen malleja käytettiin testaamaan kolmea mahdollista galaksikonfiguraatiota. Myös skenaario, jossa Capotauro voisi olla ruskea kääpiö Linnunradan ulkoreunalla, testattiin, samoin kuin joukko muita mahdollisuuksia, kuten kohde olisi erikoinen eksoplaneetta tai hyvin outo nuori galaksi.

Vaikka tulokset olivat epävarmoja, tiimi on tunnistanut kaksi todennäköisintä vaihtoehtoa.

Yksi mahdollisuus on, että Capotauro muodostui noin 100 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, mikä työntää vanhimman tunnetun galaksin iän takaisin noin 200 miljoonalla vuodella. Toinen mahdollisuus on, että Capotauro on epätavallinen ruskea kääpiö, joka on kylmin ja kauimmainen galaksissamme.

Molemmat ovat “erittäin jännittäviä” mahdollisuuksia, sillä ne haastaisivat sen, mitä luulimme tietävämme omasta galaksistamme ja sen kehityksestä, sanoi tutkimuksen yhteiskirjoittaja Giovanni Gandolfi, INAF:n astrofysiikka.

Toisessa uudessa JWST-havainnossa tähtitieteilijät ovat löytäneet viisi hiilipohjaista monimutkaista yhdisteitä² jäässä tähden ympärillä Linnunradan ulkopuolella.

Orgaanisia molekyylejä on havaittu prototähden ympärillä kääpiögalaksissa, Suuressa Magellanisessa Pilvessä, joka on 160 000 valovuotta Maasta ja kiertää lähellä omaa galaksiamme. Tämä pieni galaksi on täynnä kuumia, kirkkaasti loistavia tähtiä ja siinä on vähemmän heliumia raskaampia alkuaineita kuin Linnunradassa. Ymmärtämällä tätä galaksia, tähtitieteilijät pyrkivät soveltamaan tätä tietoa kauempien galaksien ymmärtämiseen, kun universumi oli paljon nuorempi.

“Kovat olosuhteet kertovat meille enemmän siitä, miten monimutkainen orgaaninen kemia voi tapahtua näissä alkeellisissa ympäristöissä, joissa on paljon vähemmän raskaita alkuaineita kuten hiili, typpi ja happi kemiallisia reaktioita varten.”

– Tutkimuksen yhteiskirjoittaja Marta Sewilo, Marylandin yliopiston tähtitieteilijä ja NASA:n Goddardin avaruuslentokeskus

Tutkijat suuntasivat Webb:n ST6:een, kehittyvään tähtiä Suureen Magellanisessa Pilveen, ja infrapunasädeä mittaavien työkalujen avulla he löysivät seuraavat monimutkaiset molekyylit sen ympärillä olevasta jäästä: metanoli, etanoli, asetaldehydi, etikkahappo ja metyyliformaatti..

Näistä metanoli on ainoa, joka on “varmuudella havaittu” prototähdissä, mikä tekee uusista havainnoista “poikkeuksellisia”.

Tutkijat löysivät jopa signaaleja, jotka voivat johtua glykolaldehydistä, joka voi reagoida muiden molekyylien kanssa muodostaen riboosia, eräänlaista sokeria, joka on ribonukleiinihapon (RNA) tärkeä komponentti ja elämän kannalta olennaista.

Klikkaa tästä oppiaksesi, miten laser- ja 3D-tulostus rakentavat tulevaisuuttamme avaruudessa.

AMIGO: Tekoälykalibrointi, joka terävöitti JWST:n NIRISS-AMI:n

Pyyhkäise vierittääksesi →

Kaikkien näiden Webbistä tulleiden löytöjen myötä kaksi Sydneyn yliopiston tohtorintutkijaa, Max Charles ja Louis Desdoigts, tajusivat, että he voisivat tehdä teleskoopista vieläkin tehokkaamman. Heidän tekoälypohjainen ohjelmistonsa korjasi Webb-kuvien sumenemisen Maasta käsin ilman kalliita avaruuskorjauslentoja.

He ratkaisemansa ongelma oli Aperture Masking Interferometer (AMI), teleskoopin ainoa Australian suunnittelema komponentti. AMI NIRISS-instrumentissa on korkein resoluutio infrapuna-interferometri, joka on koskaan asetettu avaruuteen. Se mahdollistaa tähtitieteilijöille korkean resoluution kuvien ottamisen tähtiä ja planeettoja aurinkokuntamme ulkopuolelta yhdistämällä valoa eri osista Webb:n pääpeiliä.

Kun teleskooppi aloitti toiminnan, AMI:n suorituskykyyn vaikuttivat elektroniset vääristymät sen infrapunakameradetektorissa. Varauksen siirtyminen, eli Brighter-Fatter Effect, rajoitti AMI:n suorituskykyä, ja teleskoopin tallentamat kuvat kärsivät hienovaraisesta sumennuksesta.

Avaruusteleskoopit ovat aiemmin kohdanneet samankaltaisia optisia virheitä. Hubblella oli vastaava ongelma 1990-luvulla linssien etäisyysvirheen vuoksi. Sen pääpeili oli väärän muotoinen, virhe nimeltä pallomainen aberraatio, mikä aiheutti, että teleskoopin pääpeilillä oli useampi polttopiste, tehden kuvat sumuisiksi.

Saadakseen sumuisen datan tarkennettua, NASA suunnitteli uudelleen Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) -kameran ja kehitti Hubble:n Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) -instrumenttipaketin, joka oli kooltaan suuri jääkaappi ja toimi kuin silmälasit Hubble:n Faint Object Camera (FOC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) ja Faint Object Spectrograph (FOS) -laitteille. Sekä WFPC2 että COSTAR asennettiin astronauttien toimesta Hubble:n ensimmäisen huoltomission aikana loppuvuodesta 1993.

Tällä kertaa astronauttien lähettämisen sijaan fyysisten korjausten tekemiseksi, tutkijat loivat ohjelmistopohjaisen kalibrointimenetelmän täällä Maassa. Charles ja Desdoigts (joka on nyt postdoc-tutkija Leidenin yliopistossa Alankomaissa) kehittivät sen, mitä he kutsuivat Aperture Masking Interferometry Generative Observations, tai AMIGO³.

AMIGO on avoimen lähdekoodin kalibrointikehys “joka mallintaa eteenpäin koko JWST AMI -järjestelmän – mukaan lukien sen optiikka, detektorin fysiikka ja luku-elektroniikka – käyttäen kokonaisvaltaista differentioitavaa arkkitehtuuria, joka on toteutettu Jax-kehyksessä ja erityisesti hyödyntäen dLux-optinen mallinnuspakettia.”

Se käyttää neuroverkkoja ja kehittyneitä simulaatioita jäljitelläkseen, miten Webb:n optiikka ja elektroniikka toimivat avaruudessa. Suunnitellessaan algoritmejaan digitaaliseen kuvankorjaukseen, tutkijat tunnistivat ongelman, jossa sähkövaraus leviää viereisiin pikseleihin.

Tällä tavalla, “he onnistuivat korjaamaan asiat koodilla” sen sijaan, että “lähettäisivät astronautteja kiinnittämään uusia osia”, sanoi professori Peter Tuthill Sydneyn yliopiston fysiikan koulusta ja Sydney Institute for Astronomy, joka loi AMI:n ja työskenteli ratkaisun parissa. “Se on loistava esimerkki siitä, miten Australian innovaatio voi vaikuttaa globaalisti avaruustieteessä.”

AMIGO:n avustuksella Webb tuotti selkeitä ja terävämpiä kuvia, tallentaen hämärästi näkyviä taivaankappaleita tarkassa yksityiskohdassa.

Testatakseen, kuinka tehokas AMIGO on, Charles johti erillistä tutkimusta⁴, jossa parannetun kalibroinnin avulla Webb tuotti selkeitä kuvia Jupiterin kuun Io:n tulivuorista, mustan aukon jetistä ja WR 137:n pölyisistä tuulista.

“Tämä työ tuo JWST:n näköalan entistä terävämpään tarkennukseen,” sanoi tohtori Desdoigts. “On uskomattoman palkitsevaa nähdä, että ohjelmistoratkaisu laajentaa teleskoopin tieteellistä ulottuvuutta – ja tietää, että se oli mahdollista ilman, että laboratoriosta olisi koskaan poistuttu.”

Sijoittaminen avaruusteknologiaan

Avaruusteknologian alalla Northrop Grumman (NOC ) on johtava nimi, joka oli James Webb -avaruusteleskoopin pääurakoitsija.

JWST:n rakentamisen lisäksi yritys on kehittänyt monia muita merkittäviä avaruusteknologioita, mukaan lukien Cygnus-avaruusalus, joka on rahtitukkujen kuljetusajoneuvo Kansainväliselle avaruusasemalle (ISS), Antares-raketti Cygnus-tehtäviin, ilmailussa lanseerattava Pegasus-raketti, Mission Extension Vehicle (MEV) satelliittien kiinnittymiseen niiden käyttöiän pidentämiseksi, sekä HALO Artemis-ohjelmaa varten.

Avaruus- ja puolustusteknologiayrityksenä Northrop Grumman kehittää myös sotilaslentojärjestelmiä, kehittyneitä taktisia aseita ja ohjuspuolustusratkaisuja Yhdysvaltain hallituksen virastoille ja kansainvälisille asiakkaille. Lisäksi se tarjoaa komento-, ohjaus-, viestintä- ja tiedustelujärjestelmiä.

Äskettäin yritys teki sopimuksen AI-startupin Luminary Cloudin kanssa nopeutettua, AI-pohjaista avaruusalusten suunnittelua varten.

Startup on kehittänyt AI-mallin, jonka taustalla on NVIDIA :n PhysicsNeMo, puolustusurakoitsijalle uusien avaruusalusten suunnittelun ja rakentamisen nopeuttamiseksi. Kumppanuuden myötä insinöörit saavat käyttöönsä tätä erityisesti rakennettua työkalua nimeltä Physics AI, joka voi tuottaa korkean tarkkuuden simulointeja alijärjestelmistä sekunneissa, sen sijaan että tavallinen CFD-simulaatio veisi 12 tuntia yhden simuloinnin tuottamiseen. Se on tällä hetkellä räätälöity avaruusalusten työntöaineistojen suuttimien suunnitteluun.

“Physics AI on seuraava taso AI:n monimutkaisuudessa, ja Northrop Grumman tuo tätä teknologiaa suunnitteluinsinööreillemme dramaattisesti nopeuttamaan laitteistokehitystä. AI:n käyttäminen pienen, kuten avaruusaluksen työntöaineiston, valmistamiseen asettaa meidät polulle toteuttaa paljon suurempia asioita, kuten AI:n käyttöä suurempien komponenttien tai jopa koko avaruusaluksen suunnittelussa.”

– Han Park, Northrop Grumman Space Systemsin AI-integraation varapuheenjohtaja

Rakentaakseen malleja, jotka voivat tuottaa uusia suunnitelmia ennustamaan fyysistä maailmaa, startup ei käyttänyt internetistä saatavilla olevaa dataa, vaan hyödynsi fysiikan lakeja luodakseen avaruusalusten suunnitelmia.

“Korvaamme datan puutteen sillä, että emme yritä ennustaa, onko kuva tai pikselijoukko kissa, koira tai elefantti. Sen sijaan yritämme ennustaa, virtaako ilmavirta tietyllä tavalla, joka noudattaa joitakin fysiikan periaatteita.”

– sanoi Luminary Cloudin teknologiajohtaja (CTO), Juan Alonso

Kun tarkastellaan yrityksen markkinasuorituskykyä, kirjoitushetkellä Northrop Grummanin osakkeiden markkina-arvo on 85 miljardia dollaria, ja ne käyvät kauppaa noin 595 dollarilla, nousussa 26,8 % tänä vuonna. Vielä tämän kuukauden alussa NOC-osakkeet saavuttivat kaikkien aikojen huippuarvon (ATH) 640,90 dollaria.

Vuoden 2025 kolmannelle neljännekselle yritys ilmoitti 4 %:n myynnin kasvun 10,4 miljardiin dollariin, mikä johtui korkeammista myynneistä kolmessa segmentissä: Mission Systems, Defense Systems ja Aeronautics Systems. Sen Space Systems -segmentti, joka tarjoaa kokonaisvaltaisia missiolösseja avaruus-, ohjuspuolustus- ja laukaisujärjestelmien kehittämisen kautta, kirjasi alhaisemmat myynnit johtuen joidenkin avaruusohjelmien päättymisestä. Jakson nettotulos oli 1,1 miljardia dollaria, eli 7,67 dollaria laimennetulle osakkeelle.

“Liiketoiminnassamme rakentamamme vauhti johti vahvaan kolmannen neljänneksen suorituskykyyn, saavuttaen taloudelliset tavoitteemme keskimääräisen yksinumeroisen kasvun, segmenttikatteiden laajentamisen ja kassavirtojen kasvun vuodesta toiseen.”

– Toimitusjohtaja Kathy Warden.

Jakson aikana operatiivisesta toiminnasta saadut nettokassat lisäsivät 466 miljoonaa dollaria, mikä yhdessä alhaisempien pääomamenojen kanssa auttoi vapaan kassavirran kasvua 72 %:iin (526 miljoonaa dollaria). Sen nettopalkkiot olivat samalla 12,2 miljardia dollaria ja tilauskanta 91,4 miljardia dollaria.

Viimeisimmät Northrop Grumman (NOC) -osaketuotteiden uutiset ja kehitykset

Yhteenveto

Teknologian kehittyessä myös kykymme kurkistaa syvemmälle universumiin ja parantaa sen ymmärtämistä kasvaa. James Webb -avaruusteleskooppi on näytellyt keskeistä roolia tämän tiedon parantamisessa.

Viimeisimmän innovaation myötä tutkijat korvaavat nyt kalliit tehtävät koodilla, tehden tekoälystä käytännössä avaruusinstrumenttien mekaanikon. Ja kun yritykset kuten Northrop Grumman myös integroivat tekoälyä seuraavan sukupolven avaruusaluksiin, teknologia mahdollistaa meille paitsi tähtiin pääsyn myös sen tutkimuksen ylläpitämisen.

Klikkaa tästä saadaksesi listan parhaista avaruus- ja puolustusteknologiaosakkeista.

Lähteet

1. Gandolfi, G., Rodighiero, G., Castellano, M., Fontana, A., Santini, P., Dickinson, M., Finkelstein, S., Catone, M., Calabrò, A., Merlin, E., Pentericci, L., Bisigello, L., Grazian, A., Napolitano, L., Vulcani, B., Taylor, A. J., Arrabal Haro, P., Kirkpatrick, A., Backhaus, B. E., … Holwerda, B. W. (2025). Capotauron mysteerit — tutkien äärimmäisen F356W-dropoutin hämmentävää luonnetta. Astronomy & Astrophysics. Advance online publication. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.01664
2. Sewiło, M., Rocha, W. R. M., van Gelder, M., Navarro, M. G., Charnley, S. B., Jin, M., Oliveira, J. M., van Loon, J. T., Francis, L., Wiseman, J., Indebetouw, R., Chen, C.–H. R., Hamedani Golshan, R., & Qasim, D. (2025). Prototähdet alisuolaisten metallisuuksien ympäristössä: Ensimmäinen havaitseminen suurista kiinteän aineen monimutkaisista orgaanisista molekyyleistä Suurella Magellanisella Pilvellä. Astrophysical Journal Letters, 992(2), L30. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0ccd
3. Desdoigts, L., Pope, B., Charles, M., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Sivaramakrishnan, A., Kammerer, J., Thatte, D., & Cooper, R. (2025). AMIGO: JWST-interferometrin kalibrointi. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.09806
4. Charles, M., Desdoigts, L., Pope, B., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Ford, K. E. S., McKernan, B., & Sivaramakrishnan, A. (2025). Kuvan rekonstruointi JWST-interferometrin avulla. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.10924