(This picture shows a sample of the handmade photos of gravitational lenses that the astronomers used to train their neural network. Credit: Enrico Petrillo, University of Groningen)
괴팅겐 대학, 나폴리 대학, 본 대학의 과학자들이 인공지능을 활용해서 중력 렌즈를 찾아내는 데 성공했다는 소식입니다. 중력 렌즈는 아인슈타인이 상대성 이론에 근거해서 예측한 현상으로 중력에 의해 빛의 경로가 바뀌면서 마치 렌즈 처럼 작용하는 현상입니다. 이로 인해 멀리 떨어진 은하가 실제보다 훨씬 밝게 나타나 관측에 도움을 주고 있습니다. 이미 중력 렌즈는 천문학에서 널리 사용되는 관측 방법입니다.
하지만 실제로 중력 렌즈를 확인하는 과정은 건초더미에서 바늘찾기에 비유할 수 있습니다. 은하나 별도 많지만, 우주가 워낙 크다보니 중력 렌즈 효과를 내는 천체를 찾아내기가 만만치 않은 것입니다. 이 문제는 최근 관측 기술의 발전으로 막대한 양의 이미지가 쏟아지면서 이를 인간이 일일이 식별하기가 어려워진 것 역시 문제입니다.
연구팀은 이미 구글이나 페이스북에서 널리 사용되는 신경망 학습법인 CNN (convolutional neural networks)이 해결책이 될 수 있을 것으로 보고 이를 적용했습니다. 수백만개의 사진에서 중력 렌즈일 가능성이 높은 이미지를 판단하는 학습을 진행한 것입니다. 그 결과 761개의 후보를 찾아내는 데 성공했고 다시 천문학자들이 이를 조사해 최종적으로 56개의 후보로 압축할 수 있었습니다. 앞으로 이 후보 렌즈군은 망원경을 통해서 다시 확인하게 될 것입니다.
최근 과학 데이터의 양이 폭발적으로 증가하면서 사람의 힘으로 하나 하나 다 확인하기 힘들어지는 경우가 늘어나고 있습니다. 기계 학습은 이를 해결할 하나의 대안으로 빠르게 부상하고 있습니다. 데이터 양이 많은 천문학, 소립자 물리학, 유전자 관련 연구 등 다양한 분야에서 기계 학습을 적용하는 사례가 점차 늘고 있어 앞으로 과학 연구에서 인공 지능의 활용 빈도가 계속 높아질 것으로 예상됩니다.
참고
C. E. Petrillo et al. Finding strong gravitational lenses in the Kilo Degree Survey with Convolutional Neural Networks, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2017). DOI: 10.1093/mnras/stx2052
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