L’intelligenza artificiale darà un contributo impostante alla cosiddetta “astronomia multimessaggera”, capace cioè di integrare e fondere le informazioni di diversa natura rilevate con più strumenti sullo stesso fenomeno cosmico per darne una descrizione sempre più completa, veloce ed esaustiva. Lo sostiene lo studio “Computational challenges for multimodal astrophysics” pubblicato ieri sulla rivista Nature Computational Science da un gruppo di studiosi della Scuola Normale Superiore di Pisa. La ricerca, realizzata nell’ambito di Cost (Cooperazione Europea in Scienza e Tecnologia) e del progetto UE Escape, è stato coordinato da Elena Cuoco, ricercatrice dell’Osservatorio Gravitazionale Europeo (Ego) e distaccata presso il Gruppo di Cosmologia della stessa istituzione accademica pisana nonché associata all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).
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Gli eventi multimessaggeri saranno routine
Ogni fenomeno cosmico emette segnali di varia natura che possono essere rilevati attraverso sensori e strumenti di osservazione sempre più numerosi e potenti. Raggi gamma, onde gravitazionali, onde elettromagnetiche, neutrini e altre particelle cosmiche possono essere oggetto di attività di osservazione parallela e coordinata i cui dati, grazie al cloud, possono essere condivisi e sottoposti a sistemi di intelligenza artificiale capaci di potenziare e velocizzare enormemente il lavoro di analisi e descrizione dell’evento cosmico ‘multimessaggero’. A tal punto che in un futuro non lontano potrebbe essere possibile identificarne e studiarne uno al giorno, rendendo questo tipo di osservazione un’attività di routine.
Sensori sempre più potenti
Ad oggi, c’è stato un’unica osservazione multimessaggera, avvenuta il 17 agosto del 2017 nel corso del quale oltre 70 tra telescopi e osservatorii di tutto il pianeta hanno osservato la fusione di due stelle di neutroni. Gli interferometri di Ligo negli Usa e di Virgo in Italia hanno catturato il segnale gravitazionale con il riscontro del satellite Fermi che ha catturato il lampo gamma relativo allo stesso evento. Oggi sono a disposizione strumenti ancora più potenti: antenne gravitazionali di nuova generazione come l’Einstein Telescope in Europa e il Cosmic Explorer negli Usa; telescopi elettromagnetici come i Cta (Cherenkov Telescope Array) per i raggi gamma o l’arcinoto Webb Telescope.
Nuovi strumenti di interpretazione
“In questo scenario molti dati di natura diversa – spiega Elena Cuoco – saranno registrati quasi simultaneamente e dovranno essere analizzati ed elaborati il più rapidamente possibile per coordinare le osservazioni e, soprattutto, studiare i fenomeni astrofisici che li hanno generati L’Intelligenza Artificiale allora potrebbe giocare un ruolo decisivo se saremo in grado di addestrare degli agenti intelligenti in grado di analizzare, quasi in tempo reale, i segnali generati da un unico evento astrofisico ‘multimessaggero’, identificandolo e descrivendone le caratteristiche fisiche con estrema rapidità”.
Intelligenza artificiale multimodale
Il gruppo di lavoro ha scelto un approccio multimodale per l’Intelligenza Artificiale, in grado cioè di integrare segnali di natura diversa come immagini, suoni, testi ed altro, la stessa utilizzata dai robot che utilizzano simultaneamente impulsi visivi o sonori per orientarsi e muoversi nello spazio, riconoscere intenzioni e discorsi di una persona incrociandoli con espressioni del viso e timbro di voce. “Possiamo rappresentare pezzi di informazione derivanti da diversi segnali fisici nella forma di visualizzazioni 3D, diagrammi di frequenze, immagini o segnali audio… che i programmi imparano ad interpretare e integrare, per identificare in tempo reale le caratteristiche delle sorgenti. I test che abbiamo fatto su campioni di eventi astrofisici simulati – prosegue la Cuoco – indicano che questa direzione è percorribile e i primi risultati sembrano incoraggianti”.
Il cloud per la condivisione
L’astronomia multimessaggera pone dunque sfide impegnative legate alla raccolta, alla condivisione, al calcolo e alla gestione di dati in tempo reale provenienti simultaneamente da una moltitudine di sorgenti, gruppi e istituzioni da tutto il mondo. “La scelta delle istituzioni di ricerca di garantire un accesso libero e universale ai propri dati, il cosiddetto open access – conclude la ricercatrice della Scuola Normale Superiore di Pisa – è l’unica via a consentirci di sviluppare collaborazioni così estese. Iniziative come quella dell’European Open Science Cloud (Eosc), che punta alla costruzione di una cloud condivisa per i dati e i software della ricerca europea e utile a settori ricerca molto diversi (dalla biologia alla fisica delle particelle) vanno senz’altro nella giusta direzione. La comunità delle onde gravitazionali è in questo senso un modello esemplare: Ligo e Virgo rendono pubblici la posizione nel cielo e le caratteristiche preliminari delle sorgenti gravitazionali appena pochi secondi dopo la loro rivelazione”.
