Машинное обучение помогло обнаружить квазары, которые действуют как линзы
Астрономы обнаружили семь новых кандидатов в квазары-гравитационные линзы. Это крайне редкое явление в космосе. Раньше ученые знали лишь о трех таких квазарах, хотя обычных объектов из этого класса обнаружили уже сотни тысяч.
Группа исследователей под руководством Эверетта Макартура смогла увеличить это число более чем вдвое за один раз. Сделать открытие помогли данные спектроскопического инструмента DESI и нестандартный подход к обучению нейросети.
Квазар представляет собой активное ядро галактики со сверхмассивной черной дырой в центре. Он светит невероятно ярко и обычно затмевает своим сиянием все вокруг. Иногда случается так, что далеко позади квазара находится другая галактика. Если они выстраиваются в одну линию с наблюдателем с Земли, гравитация передней галактики искривляет свет задней. Квазар начинает работать как гигантская линза. Свет далекой галактики огибает его и создает искаженные изображения.
Главная проблема поиска таких систем заключается в яркости самого квазара. Его свет мешает разглядеть искаженную галактику на обычных снимках. Поэтому ученые решили искать эти объекты не по фотографиям, а по спектрам. Свет небесных тел можно разложить на спектр, и у каждого химического элемента там будут свои линии. Так как задняя галактика находится гораздо дальше, ее свет сильнее сдвинут в красную область спектра. Если свет от квазара и далекой галактики попадает в телескоп одновременно, приборы фиксируют наложенные друг на друга сигналы.
Человеку трудно заметить слабый сигнал далекой галактики на фоне мощного излучения квазара, поэтому исследователи привлекли нейросеть. Но для обучения искусственного интеллекта нужны тысячи примеров, а настоящих квазаров-линз известно очень мало. Ученые нашли выход и создали учебные данные сами. Они взяли реальные спектры обычных квазаров и наложили на них спектры далеких галактик. Получились правдоподобные модели. Исследователи показали нейросети три тысячи таких искусственных линз и тридцать тысяч обычных спектров. Алгоритм научился замечать тонкие различия с высокой точностью.
После обучения программу запустили на реальных данных обзора DESI. Она проверила более восьмисот тысяч квазаров и выделила семь надежных кандидатов. В их спектрах четко видны линии кислорода и водорода, которые принадлежат фоновой галактике и имеют другое красное смещение. Метод также успешно обнаружил одну уже известную ранее линзу, что подтвердило правильность подхода.
Эта работа важна для понимания эволюции Вселенной. Обычно измерить массу галактики, в которой находится квазар, почти невозможно из-за его яркости. Гравитационная линза решает эту задачу. По тому, насколько сильно искривляется свет фонового объекта, физики могут точно вычислить массу галактики-линзы. Теперь у астрономов появился надежный способ «взвешивать» такие галактики и изучать, как они развивались вместе со своими черными дырами.
Ранее команда астрофизиков из двух российских институтов исследовала необычный класс квазаров: их координаты когда-то вычислили с ошибкой.
Фото Европейского космического агентства
Самое популярное
