Δεκάδες βαρυτικοί φακοί που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα θα μπορούσαν να αποκαλύψουν αρχαίους γαλαξίες και τη φύση της σκοτεινής ύλης

Μέχρι σήμερα, οι βαρυτικοί φακοί ήταν δύσκολο να βρεθούν και μόνο περίπου εκατό χρησιμοποιούνται συνήθως. Αναγνωρίστηκε ως φαινόμενο από τον Αϊνστάιν, ο βαρυτικός φακός έχει χρησιμοποιηθεί από τους αστρονόμους για την παρατήρηση μακρινών γαλαξιών για μεγάλο χρονικό διάστημα, ωστόσο, η εύρεση τους στην πρώτη θέση έχει χτυπηθεί και χάνεται.

Η νέα μελέτη παρουσιάζει φασματοσκοπική επιβεβαίωση ισχυρών βαρυτικών φακών προηγουμένως αναγνωρίστηκε χρησιμοποιώντας Συνελικτικά Νευρωνικά Δίκτυα, που αναπτύχθηκαν από τον επιστήμονα δεδομένων Δρ. Κόλιν Τζέικομπς στο ASTRO 3D και το Πανεπιστήμιο Swinburne.

Ένα σύστημα μηχανικής μάθησης ανακάλυψε έως και 5,000 δυνητικούς βαρυτικούς φακούς νωρίτερα φέτος, οι οποίοι θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην ικανότητά μας να ανιχνεύουμε εξέλιξη των γαλαξιών δεδομένου ότι η Μεγάλη έκρηξη.

Χρησιμοποιώντας το Παρατηρητήριο Keck στη Χαβάη και το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή, ο αστρονόμος Kim-Vy Tran του ASTRO 3D και του UNSW Sydney και οι συνεργάτες του αξιολόγησαν 77 από τους φακούς. Επιβεβαίωσε με τη βοήθεια της πολυεθνικής της ομάδας ότι 68 από τους 77 είναι ισχυροί βαρυτικοί φακοί που εκτείνονται σε τεράστιες κοσμολογικές αποστάσεις.

Με ποσοστό επιτυχίας 88%, ο αλγόριθμος φαίνεται αξιόπιστος και μπορεί να υπάρχουν χιλιάδες νέοι βαρυτικοί φακοί.

Ο ανταποκριτής συγγραφέας Δρ. Τραν από το Κέντρο Αριστείας ARC για την Αστροφυσική του Ουρανού σε 3-Διαστάσεις (ASTRO3D) είπε: «Η φασματοσκοπία μας επέτρεψε να χαρτογραφήσουμε μια τρισδιάστατη εικόνα των βαρυτικών φακών για να δείξουμε ότι είναι γνήσιοι και όχι απλώς τυχαία υπέρθεση. Στόχος μας με την AGEL είναι να επιβεβαιώσουμε φασματοσκοπικά περίπου 3 ισχυρούς βαρυτικούς φακούς που παρατηρούνται τόσο από το βόρειο όσο και από το νότιο ημισφαίριο καθ' όλη τη διάρκεια του έτους».

«Η εργασία κατέστη δυνατή με την ανάπτυξη του αλγορίθμου για την αναζήτηση ορισμένων ψηφιακών υπογραφών. Με αυτό, θα μπορούσαμε να αναγνωρίσουμε χιλιάδες φακούς σε σύγκριση με λίγες μόνο χούφτες».

«Οι βαρυτικοί φακοί είναι πολύ μικροί, οπότε αν έχετε ασαφείς εικόνες, δεν θα μπορείτε να τις ανιχνεύσετε. Ενώ αυτοί οι φακοί μας επιτρέπουν να βλέπουμε πιο καθαρά αντικείμενα που βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, θα πρέπει επίσης να μας επιτρέπουν να «δούμε» την αόρατη σκοτεινή ύλη που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της Σύμπαν. "

«Γνωρίζουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας είναι σκοτεινό. Γνωρίζουμε ότι η μάζα είναι το φως κάμψης, και έτσι αν μπορούμε να μετρήσουμε πόσο φως κάμπτεται, τότε μπορούμε να συμπεράνουμε πόση μάζα πρέπει να υπάρχει εκεί».

«Όσο περισσότερους μεγεθυντικούς φακούς έχετε, τόσο περισσότερες πιθανότητες μπορείτε να δοκιμάσετε να ερευνήσετε αυτά τα πιο μακρινά αντικείμενα. Ας ελπίσουμε ότι μπορούμε να μετρήσουμε καλύτερα τα δημογραφικά στοιχεία πολύ νεαρών γαλαξιών».

«Τότε κάπου ανάμεσα σε αυτούς τους πρώιμους πρώτους γαλαξίες και εμάς, υπάρχει μια πάρα πολύ εξέλιξη που συμβαίνει, με μικροσκοπικές περιοχές σχηματισμού άστρων που μετατρέπουν το παρθένο αέριο στα πρώτα αστέρια στον ήλιο, το Γαλαξίας. "

«Και έτσι με αυτούς τους φακούς σε διαφορετικές αποστάσεις, μπορούμε να δούμε διαφορετικά σημεία στο κοσμικό χρονοδιάγραμμα για να παρακολουθήσουμε ουσιαστικά πώς αλλάζουν τα πράγματα με την πάροδο του χρόνου, μεταξύ των πρώτων γαλαξιών και τώρα».

Ο καθηγητής Stuart White του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης και διευθυντής του ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (Astro 3D) λέει ότι κάθε βαρυτικός φακός είναι μοναδικός και μας λέει κάτι νέο.

«Εκτός από το ότι είναι όμορφα αντικείμενα, οι βαρυτικοί φακοί παρέχουν ένα παράθυρο για τη μελέτη του τρόπου κατανομής της μάζας σε μακρινούς γαλαξίες που δεν είναι παρατηρήσιμοι μέσω άλλων τεχνικών. Με την εισαγωγή τρόπων χρήσης αυτών των νέων μεγάλων συνόλων δεδομένων του ουρανού για την αναζήτηση πολλών νέων βαρυτικών φακών, η ομάδα ανοίγει την ευκαιρία να δει πώς οι γαλαξίες αποκτούν τη μάζα τους».

Ο καθηγητής Karl Glazebrook του Πανεπιστημίου Swinburne, και ο Dr. Tran's Co-Science Lead στο χαρτί, απέδωσαν φόρο τιμής στο έργο που είχε προηγηθεί.

«Αυτός ο αλγόριθμος πρωτοστάτησε από τον Δρ Κόλιν Τζέικομπς στο Swinburne. Κοσκίνισε δεκάδες εκατομμύρια εικόνες γαλαξιών για να περικόψει το δείγμα σε 5,000. Ποτέ δεν ονειρευόμασταν ότι το ποσοστό επιτυχίας θα ήταν τόσο υψηλό».

«Τώρα λαμβάνουμε εικόνες από αυτούς τους φακούς με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, ποικίλλουν από εντυπωσιακά όμορφες έως εξαιρετικά παράξενες εικόνες που θα μας χρειαστούν σημαντική προσπάθεια για να καταλάβουμε».

Ο αναπληρωτής καθηγητής Tucker Jones του UC Davis, ένας άλλος συνεπιστημονικός επικεφαλής στην εργασία, περιέγραψε το νέο δείγμα as "Ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός για να μάθουμε πώς σχηματίζονται οι γαλαξίες στην ιστορία του Σύμπαντος."

«Κανονικά, αυτοί οι πρώιμοι γαλαξίες μοιάζουν με μικρές ασαφείς σταγόνες, αλλά η μεγέθυνση του φακού μας επιτρέπει να δούμε τη δομή τους με πολύ καλύτερη ανάλυση. Είναι ιδανικοί στόχοι για τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια μας για να μας δώσουν την καλύτερη δυνατή θέα του πρώιμου σύμπαντος».

«Χάρη στο φαινόμενο του φακού, μπορούμε να μάθουμε πώς μοιάζουν αυτοί οι πρωτόγονοι γαλαξίες, από τι αποτελούνται και πώς αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους».

Αναφορά στο περιοδικό:

1. Οι Kim-Vy Η. Tran et al. Η έρευνα AGEL: Φασματοσκοπική επιβεβαίωση ισχυρών βαρυτικών φακών στα πεδία DES και DECaLS που επιλέχθηκαν με χρήση συνελικτικών νευρωνικών δικτύων. Η αστρονομική εφημερίδαΕ DOI: 10.3847/1538-3881/ac7da2