Нейромережа знайшла понад тисячу кандидатів у гравітаційні лінзи

Астрономи виявили понад 1200 кандидатів у гравітаційні лінзи, що потенційно може подвоїти число подібних об'єктів, відомих сьогодні. Як повідомляється в статті, прийнятій до публікації в, для цього вчені використовували залишкову нейромережу, навчену на вибірці з понад 20 мільйонів зображень.

Гравітація масивних небесних тіл, наприклад галактик і їх скупчень, може змінювати напрямок, в якому поширюється електромагнітне випромінювання. Перебуваючи на одній лінії між спостерігачем і фоновим джерелом, вони, подібно до лінзи, підсилюють світло останнього, що дозволяє вченим вивчати дуже далекі і тьмяні об'єкти. Сьогодні гравітаційне лінзування використовується для дослідження раннього Всесвіту і розподілу темної матерії в скупченнях галактик. Однак поки що відомо не так багато подібних «лінз» - всього лише кілька сотень.

Сяошен Хуан (Xiaosheng Huang) з Університету Сан-Франциско разом з колегами опублікували результати пошуку гравітаційних лінз в даних огляду DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) Legacy Imaging Surveys. Вони почали свою роботу ще в 2018 році і два роки потому представили перші 335 кандидатів у гравітаційні лінзи. Тепер же вчені, застосовуючи аналогічний метод, поліпшили свій результат. За допомогою залишкової нейромережі, розробленої в рамках конкурсу «Strong Gravitational Lens Finding Challenge», вони знайшли 1210 нових кандидатів.

Астрономи навчали нейромережу на вибірці з 632 відомих гравітаційних лінз і кандидатів і 21 тисяч інших об'єктів. Перевірка показала, що площа під кривою помилок (ROC-кривої) склала 0,997 (чим вона ближче до одиниці, тим «краще» модель класифікації). Потім алгоритм проаналізував майже 22 мільйони зображень, з яких він відібрав 39 тисяч рекомендованих для подальшого вивчення знімків.

Вчені перевірили ці знімки і розділили їх на три класи: клас А - найбільш вірогідні кандидати в гравітаційні лінзи, які демонстрували одну або кілька ділянок дуг (арок або арклетів), що вважаються спотвореними зображеннями галактик, що лежать за лінзою; клас B, який був схожий на клас А, але мав більш дрібні і тьмяні ділянки дуг; і, нарешті, клас С, куди потрапляли об'єкти, які демонстрували ще більш тьмяні і дрібні арки - якщо вони дійсно є лінзами, то кут відхилення фотонів від початкової траєкторії в їх випадку досить малий.

У підсумку вченим вдалося виділити 1312 сильних кандидатів у гравітаційні лінзи, 102 з яких вже були раніше зареєстровані іншими групами. З решти 1200 кандидатів 193 належали до класу А, 175 - до класу В і 842 - до класу C. У майбутньому астрономи зможуть перевірити свою вибірку за допомогою Обсерваторії Віри Рубін, яка почне роботу вже цього року. Якщо вони зможуть побачити преломлене світло наднової зірки з фонової галактики, це стане хорошим доказом існування гравітаційної лінзи.

У минулому групі дослідників вдалося виявити наднову Ia типу, «вчетверенную» гравітаційною лінзою. Він розташовується в чотирьох мільярдах світлових років і, завдяки лінзуванню, її світло посилено в 50 разів.