Фотографии гравитационных линз из обзора AGEL. Изображения сосредоточены на галактике переднего плана и включают название объекта. Каждая панель включает подтвержденное расстояние до галактики переднего плана (zdef) и далекой галактики заднего плана (zsrc). КРЕДИТ Ким-Ви Х. Тран и др., 2022 г. (ВВЕДИТЕ DOI)
Ранее в этом году алгоритм машинного обучения идентифицировал до 5000 потенциальных гравитационных линз, которые могут изменить нашу способность отображать эволюцию галактик с момента Большого взрыва.
Теперь астроном Ким-Ви Тран из ASTRO 3D и UNSW Sydney и его коллеги оценили 77 линз, используя обсерваторию Кека на Гавайях и Очень Большой Телескоп в Чили. Она и ее международная команда подтвердили, что 68 из 77 являются сильными гравитационными линзами, охватывающими огромные космические расстояния.
Этот показатель успеха в 88% говорит о том, что алгоритм надежен и что у нас могут быть тысячи новых гравитационных линз. На сегодняшний день трудно найти гравитационные линзы, и обычно используется только около сотни.
Статья Ким-Ви Тран, опубликованная сегодня в Astronomical Journal, представляет собой спектроскопическое подтверждение сильных гравитационных линз, ранее идентифицированных с помощью сверточных нейронных сетей, разработанных специалистом по данным доктором Колином Джейкобсом из ASTRO 3D и Университета Суинберна.
Работа является частью исследования ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL).
«Наша спектроскопия позволила нам составить трехмерное изображение гравитационных линз, чтобы показать, что они подлинные, а не просто случайная суперпозиция», — говорит соответствующий автор доктор Тран из Центра передового опыта ARC по астрофизике всего неба в трех измерениях (ASTRO3D) и Университет Нового Южного Уэльса (UNSW).
«Наша цель с AGEL — спектроскопически подтвердить около 100 сильных гравитационных линз, которые можно наблюдать как в северном, так и в южном полушариях в течение года», — говорит она.
Статья является результатом сотрудничества, охватывающего весь мир, с исследователями из Австралии, США, Великобритании и Чили.
Работа стала возможной благодаря разработке алгоритма поиска определенных цифровых подписей.
«Благодаря этому мы могли идентифицировать многие тысячи линз по сравнению с несколькими горстками», — говорит доктор Тран.
Впервые гравитационное линзирование было определено как явление Эйнштейном, который предсказал, что свет изгибается вокруг массивных объектов в космосе так же, как свет изгибается, проходя через линзу.
При этом он значительно увеличивает изображения галактик, которые иначе мы не смогли бы увидеть.
Хотя астрономы долгое время использовали его для наблюдения за далекими галактиками, найти эти космические увеличительные стекла в первую очередь не удалось.
«Эти линзы очень маленькие, поэтому, если у вас есть нечеткие изображения, вы не сможете их обнаружить», — говорит доктор Тран.
Хотя эти линзы позволяют нам более четко видеть объекты, находящиеся на расстоянии миллионов световых лет, они также должны позволить нам «видеть» невидимую темную материю, из которой состоит большая часть Вселенной.
«Мы знаем, что большая часть массы темная», — говорит доктор Тран. «Мы знаем, что масса искривляет свет, поэтому, если мы сможем измерить, насколько искривляется свет, мы сможем сделать вывод, сколько массы должно быть».
Наличие большего количества гравитационных линз на разных расстояниях также даст нам более полное представление о временной шкале, восходящей почти к Большому Взрыву.
«Чем больше у вас увеличительных стекол, тем больше шансов, что вы сможете рассмотреть эти более удаленные объекты. Будем надеяться, что мы сможем лучше измерить демографию очень молодых галактик», — говорит доктор Тран.
«Тогда где-то между этими действительно ранними первыми галактиками и нами происходит целая эволюция, с крошечными областями звездообразования, которые превращают первозданный газ в первые звезды к Солнцу, Млечный Путь.
«Итак, с помощью этих линз на разных расстояниях мы можем смотреть на разные точки космической временной шкалы, чтобы отслеживать, как все меняется с течением времени, между самыми первыми галактиками и настоящим».
Команда доктора Трана работала по всему миру, и каждая группа предоставляла различный опыт.
«Возможность сотрудничать с людьми из разных университетов была очень важна как для запуска проекта, так и для продолжения всех последующих наблюдений», — говорит она.
Профессор Стюарт Уайт из Мельбурнского университета и директор Центра передового опыта ARC по астрофизике всего неба в трех измерениях (Astro 3D) говорит, что каждая гравитационная линза уникальна и сообщает нам что-то новое.
«Помимо того, что это красивые объекты, гравитационные линзы открывают окно для изучения того, как распределяется масса в очень далеких галактиках, которые невозможно наблюдать с помощью других методов. Внедряя способы использования этих новых больших наборов данных о небе для поиска многих новых гравитационных линз, команда открывает возможность увидеть, как галактики получают свою массу», — говорит он.
Профессор Карл Глейзбрук из Суинбернского университета и научный руководитель д-ра Тран воздали должное проделанной ранее работе.
«Этот алгоритм был разработан доктором Колином Джейкобсом из Суинберна. Он просмотрел десятки миллионов изображений галактик, чтобы сократить выборку до 5000. Мы никогда не мечтали, что вероятность успеха будет такой высокой», — говорит он.
«Теперь мы получаем изображения этих линз с помощью космического телескопа Хаббла, они варьируются от потрясающе красивых до чрезвычайно странных изображений, для понимания которых нам потребуются значительные усилия».
Доцент Такер Джонс из Калифорнийского университета в Дэвисе, еще один научный сотрудник, описал новый образец как «гигантский шаг вперед в изучении того, как формируются галактики на протяжении истории Вселенной».
«Обычно эти ранние галактики выглядят как маленькие размытые пятна, но увеличение объектива позволяет нам увидеть их структуру с гораздо лучшим разрешением. Они — идеальные цели для наших самых мощных телескопов, чтобы дать нам наилучшее представление о ранней Вселенной», — говорит он.
«Благодаря эффекту линзы мы можем узнать, как выглядят эти примитивные галактики, из чего они состоят и как они взаимодействуют со своим окружением».
Исследование проводилось в сотрудничестве с исследователями из Университета Нового Южного Уэльса, Технологического университета Суинберна, Австралийского национального университета, Университета Кертина и Университета Квинсленда в Австралии, Калифорнийского университета в Дэвисе в США, Университета Портсмут в Великобритании и Чилийский университет.
Центр передового опыта ARC по астрофизике всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D) — это исследовательский центр передового опыта стоимостью 40 млн долларов, финансируемый Австралийским исследовательским советом (ARC) и шестью сотрудничающими австралийскими университетами — Австралийским национальным университетом, Сиднейским университетом, Университет Мельбурна, Технологический университет Суинберна, Университет Западной Австралии и Университет Кертина.
