Раніше цього року алгоритм машинного навчання дав змогу визначити майже 5000 потенційних гравітаційних лінз, які могли б змінити нашу здатність складати мапи еволюції галактик після Великого Вибуху.
Тепер астроном Кім-Ві Тран (Kim-Vy Tran) і її колеги оцінили 77 лінз за допомогою Обсерваторії Кека на Гаваях і Дуже великого телескопа в Чилі. Вона та її міжнародна група, до складу якої входить Ліза Кьюлі (Lisa Kewley) з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, підтвердили, що 68 із 77 є сильними гравітаційними лінзами, які охоплюють величезні космічні відстані.
Рівень успіху в 88 відсотків говорить про те, що алгоритм надійний і за його допомогою можна буде виявити тисячі нових гравітаційних лінз. Досі гравітаційні лінзи було важко знайти, і лише близько сотні з них астрономи регулярно використовують з метою досліджень Всесвіту.
Стаття Тран, оприлюднена Astronomical Journal, надає спектроскопічне підтвердження сильних гравітаційних лінз, раніше ідентифікованих за допомогою згорткових нейронних мереж, розроблених дослідником даних Коліном Джейкобсом (Colin Jacobs) з ASTRO 3D та Університету Свінберна. Стаття є результатом співпраці дослідників з Австралії, Сполучених Штатів, Великобританії та Чилі, тобто охоплює науковців з усього світу.
Нова роботає частиною дослідження ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL).
«Наша спектроскопія дозволила нам нанести на мапу 3D-зображення гравітаційних лінз, щоб показати, що вони справжні, а не просто випадкова суперпозиція», — сказалаТран із Центру передового досвіду ARC для астрофізики всього неба в 3-х вимірах (ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3-Dimensions, ASTRO3D) та Університету Нового Південного Вельсу.
Зображення гравітаційних лінз з огляду AGEL. У центрі кожного зображення розташована галактика переднього плану. Внизу вказано її назву, а вгорі наведено підтверджену відстань до передньої галактики (zdef) і віддаленої фонової галактики (zsrc). Авторські права на зображення: Кім-Ві Г. Тран та інші, 2022 р. Фото з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu.
«Наша мета в рамках виконання проєкту AGEL — спектроскопічно підтвердити близько 100 сильних гравітаційних лінз, які можна спостерігати як з Північної, так і з Південної півкуль протягом року», — зауважила вона.
Робота стала можливою завдяки розробці алгоритму пошуку певних цифрових маркерів чи «підписів» (signatures).
«Це дослідження поєднує гравітаційне лінзування, ефект, передбачений Айнштайном, із сучасними методами машинного навчання, щоб значно збільшити кількість наших відкриттів галактик у далекому Всесвіті», — сказала Кьюлі, співавтор дослідження та директор Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики. «Це перший погляд на те, що невдовзі стане лавиною даних про галактики, виявлені завдяки гравітаційним лінзам. Ці дані допоможуть нам зрозуміти, як галактики, такі як наш Молочний Шлях, сформувалися та еволюціонували протягом 13 мільярдів років космічного часу».
Гравітаційне лінзування, як природне явище, вперше визначив Айнштайн. Він передбачив, що світло заломлюється навколо масивних об’єктів у космосі так само, як воно заломлюється, проходячи через лінзу.
Таке явище значно збільшує зображення галактик, які ми інакше не змогли б побачити. Хоча астрономи використовують його для спостережень за далекими галактиками протягом тривалого часу, знайти ці космічні збільшувальні окуляри не просто. «Ці лінзи дуже малі, тому якщо у вас є нечіткі зображення, ви не зможете їх виявити», — зазначила Тран.
Хоча ці лінзи дають змогу чіткіше бачити об’єкти, які містяться на відстані мільйонів світлових років, вони також мають дозволити нам «побачити» невидиму темну матерію, яка становить більшу частину маси Всесвіту.
«Ми знаємо, що більша частина маси темна», — зазначила Тран. «Ми знаємо, що маса заломлює світло, і тому, якщо ми можемо виміряти, скільки світла заломлюється, ми можемо зробити висновок, яка кількість маси це спричиняє». Наявність багатьох гравітаційних лінз на різних відстанях також дасть нам більше інформації про наявність маси в різні епохи розвитку Всесвіту, майже до Великого Вибуху.
«Що більше у вас буде збільшувальних стекол, то більше шансів ви отримаєте для дослідження віддалених об’єктів. Сподіваємось, ми зможемо краще виміряти демографічні показники дуже молодих галактик», — сказала Тран.
Тоді десь між цими справді ранніми першими галактиками і теперішньою Землею відбувається ціла низка перетворень крихітних ділянок зореутворення, де з незайманого газу формуються перші зорі. Пізніше у Всесвіті спалахне Сонце, але перед цим відбудеться формування Молочного Шляху».
«Отже, з цими лінзами на різних відстанях ми можемо дивитися на різні точки космічної шкали часу, щоб відстежувати, по суті, як все змінюється з часом, від найперших галактик до теперішнього часу».
До наукового колективу, який очолювала Тран, входили дослідники з різних країн світу. Це дало змогу поєднати досвід багатьох груп науковців. «Можливість співпрацювати з людьми в різних університетах була надзвичайно важливою як для початку проєкту, так і для продовження всіх подальших спостережень», — зазначила Тран.
Стюарт Вайт (Stuart Wyithe) з Університету Мельбурна та директор ASTRO 3D сказав, що кожна гравітаційна лінза є унікальною та говорить нам щось нове. «Крім того, що гравітаційні лінзи є красивими об’єктами, вони відкривають вікно для вивчення того, як маса розподіляється в дуже віддалених галактиках, які неможливо спостерігати за допомогою інших методів. Оприявивши способи використання цих нових великих наборів даних про небо для пошуку багатьох раніше невідомих гравітаційних лінз, наукова група відкриває можливість побачити, як галактики отримують свою масу», — сказав він.
Карл Ґлейзбрук (Karl Glazebrook) з Університету Свінберна, науковий керівник Тран і співавтор статті, віддав належне роботі, яка була виконана раніше. «Цей алгоритм вперше розробив Колін Джейкобс у Свінберні. Він проглянув десятки мільйонів зображень галактик, щоб скоротити вибірку до 5000. Ми ніколи не мріяли, що відсоток успіху буде таким високим», — сказав Ґлейзбрук.
«Зараз ми отримуємо зображення цих лінз за допомогою Космічного телескопа імені Габбла. Вони різні: від неймовірно красивих до надзвичайно дивних зображень. Ми розуміємо, що нам знадобиться чимало зусиль для обробки отриманих даних».
Такер Джонс (Tucker Jones) з Каліфорнійського університету в Девісі, ще один співавтор статті, описав новий результат як «гігантський крок вперед у вивченні того, як галактики формуються протягом історії Всесвіту». «Завдяки ефекту лінзування ми можемо дізнатися, який вигляд мають ці примітивні галактики, з чого вони зроблені та як вони взаємодіють з навколишнім середовищем».
Дослідження виконано у співпраці з науковцями з Університету Нового Південного Вельсу, Технологічного університету Свінберна, Австралійського національного університету, Університету Кертіна та Університету Квінсленда в Австралії, Університету Каліфорнії в Девісі (США), Університету Портсмута (Великобританія) і Чилійського університету.
За інф. з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu підготував Іван Крячко
