Snesevis af nyopdagede gravitationslinser kunne afsløre gamle galakser og mørkt stofs natur

Tidligere i år identificerede en maskinlæringsalgoritme op til 5.000 potentielle gravitationslinser, der kunne transformere vores evne til at kortlægge galaksernes udvikling siden Big Bang.

Nu har astronom Kim-Vy Tran fra ASTRO 3D og UNSW Sydney og kolleger vurderet 77 af linserne ved hjælp af Keck Observatory i Hawai'i og Very Large Telescope i Chile. Hun og hendes internationale team bekræftede, at 68 ud af de 77 er stærke gravitationslinser, der spænder over store kosmiske afstande.

Denne succesrate på 88% tyder på, at algoritmen er pålidelig, og at vi kunne have tusindvis af nye gravitationslinser. Til dato har gravitationslinser været svære at finde, og kun omkring hundrede bruges rutinemæssigt.

Kim-Vy Tran's papir offentliggjort i dag i The Astronomical Journal præsenterer spektroskopisk bekræftelse af stærke gravitationslinser, der tidligere er identificeret ved hjælp af Convolutional Neural Networks, udviklet af dataforsker Dr. Colin Jacobs ved ASTRO 3D og Swinburne University.

Arbejdet er en del af ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL) undersøgelsen.

"Vores spektroskopi gjorde det muligt for os at kortlægge et 3D-billede af gravitationslinserne for at vise, at de er ægte og ikke blot tilfældige superpositioner," siger den tilsvarende forfatter Dr. Tran fra ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3-Dimensions (ASTRO3D) og University of NSW (UNSW).

"Vores mål med AGEL er spektroskopisk at bekræfte omkring 100 stærke gravitationslinser, som kan observeres fra både den nordlige og sydlige halvkugle i løbet af året," siger hun.

Artiklen er resultatet af et samarbejde, der spænder over hele verden med forskere fra Australien, USA, Storbritannien og Chile.

Arbejdet blev muliggjort af udviklingen af ​​algoritmen til at lede efter bestemte digitale signaturer.

"Med det kunne vi identificere mange tusinde linser sammenlignet med blot nogle få håndfulde," siger Dr. Tran.

Gravitationslinser blev først identificeret som et fænomen af ​​Einstein, der forudsagde, at lys bøjer sig omkring massive objekter i rummet på samme måde, som lys bøjer sig gennem en linse.

Ved at gøre det forstørrer det billeder af galakser, som vi ellers ikke ville være i stand til at se.

Selvom det er blevet brugt af astronomer til at observere galakser langt væk i lang tid, er det blevet ramt og savnet at finde disse kosmiske forstørrelsesglas.

"Disse linser er meget små, så hvis du har slørede billeder, vil du ikke rigtig være i stand til at opdage dem," siger Dr. Tran.

Selvom disse linser lader os se objekter, der er millioner af lysår væk, klarere, bør de også lade os "se" usynligt mørkt stof, der udgør det meste af universet.

"Vi ved, at det meste af massen er mørk," siger Dr. Tran. "Vi ved, at masse er bøjet lys, og så hvis vi kan måle, hvor meget lys der er bøjet, kan vi så udlede, hvor meget masse der skal være der."

At have mange flere gravitationslinser på forskellige afstande vil også give os et mere komplet billede af tidslinjen, der går tilbage næsten til Big Bang.

"Jo flere forstørrelsesbriller du har, jo større chance kan du prøve at undersøge disse fjernere objekter. Forhåbentlig kan vi bedre måle demografien for meget unge galakser," siger Dr. Tran.

"Så et sted mellem de virkelig tidlige første galakser og os er der en hel masse udvikling, der sker, med små stjernedannende områder, der omdanner uberørt gas til de første stjerner til solen, Mælkevejen."

"Og så med disse linser på forskellige afstande, kan vi se på forskellige punkter i den kosmiske tidslinje for at spore i det væsentlige, hvordan tingene ændrer sig over tid, mellem de allerførste galakser og nu."

Dr. Trans team spændte over hele verden, hvor hver gruppe leverede forskellig ekspertise.

"At være i stand til at samarbejde med mennesker på forskellige universiteter har været så afgørende, både for at sætte projektet op i første omgang og nu fortsætte med alle de opfølgende observationer," siger hun.

Professor Stuart Wyithe fra University of Melbourne og direktør for ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (Astro 3D) siger, at hver gravitationslinse er unik og fortæller os noget nyt.

"Udover at være smukke objekter, giver gravitationslinser et vindue til at studere, hvordan massen er fordelt i meget fjerne galakser, som ikke kan observeres via andre teknikker. Ved at introducere måder at bruge disse nye store datasæt af himlen til at søge efter mange nye gravitationslinser , holdet åbner muligheden for at se, hvordan galakser får deres masse," siger han.

Professor Karl Glazebrook fra Swinburne University og Dr. Tran's Co-Science Lead på papiret hyldede det arbejde, der var gået forud.

"Denne algoritme blev udviklet af Dr. Colin Jacobs ved Swinburne. Han gennemgik titusinder af galaksebilleder for at beskære prøven ned til 5.000. Vi havde aldrig drømt om, at succesraten ville være så høj," siger han.

"Nu får vi billeder af disse linser med Hubble-rumteleskopet, de spænder fra kæbefaldende smukke til ekstremt mærkelige billeder, som vil tage os en betydelig indsats at finde ud af."

Lektor Tucker Jones fra UC Davis, en anden medvidenskabelig leder på papiret, beskrev den nye prøve som "et kæmpe skridt fremad i at lære, hvordan galakser dannes gennem universets historie."

"Normalt ligner disse tidlige galakser små uklare klatter, men linseforstørrelsen giver os mulighed for at se deres struktur med meget bedre opløsning. De er ideelle mål for vores kraftigste teleskoper for at give os det bedst mulige udsyn til det tidlige univers," siger han .

"Takket være linseeffekten kan vi lære, hvordan disse primitive galakser ser ud, hvad de er lavet af, og hvordan de interagerer med deres omgivelser." + Udforsk yderligere

AI finder mere end 1.200 kandidater til gravitationslinser