Dusinvis av nyoppdagede gravitasjonslinser kan avsløre eldgamle galakser og naturen til mørk materie

Tidligere i år identifiserte en maskinlæringsalgoritme opptil 5000 potensielle gravitasjonslinser som kan transformere vår evne til å kartlegge utviklingen av galakser siden Big Bang.

Nå har astronom Kim-Vy Tran fra ASTRO 3D og UNSW Sydney og kolleger vurdert 77 av linsene ved å bruke Keck Observatory i Hawaii og Very Large Telescope i Chile. Hun og hennes internasjonale team bekreftet at 68 av de 77 er sterke gravitasjonslinser spenner over store kosmiske avstander.

Dette suksess rate av 88 % tyder på at algoritmen er pålitelig og at vi kan ha tusenvis av nye gravitasjonslinser. Til dags dato har gravitasjonslinser vært vanskelig å finne og bare rundt hundre brukes rutinemessig.

Kim-Vy Trans papir publisert i dag i The Astronomical Journal presenterer spektroskopisk bekreftelse av sterke gravitasjonslinser tidligere identifisert ved bruk av Convolutional Neural Networks, utviklet av dataforsker Dr. Colin Jacobs ved ASTRO 3D og Swinburne University.

Arbeidet er en del av ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL)-undersøkelsen.

“Vår spektroskopi tillot oss å kartlegge et 3D-bilde av gravitasjonslinsene for å vise at de er ekte og ikke bare tilfeldige superposisjoner,” sier den korresponderende forfatteren Dr. Tran fra ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3-Dimensions (ASTRO3D) og University of NSW (UNSW).

“Vårt mål med AGEL er å spektroskopisk bekrefte rundt 100 sterke gravitasjonslinser som kan observeres fra både den nordlige og sørlige halvkule gjennom året,” sier hun.

Oppgaven er resultatet av et samarbeid som spenner over hele verden med forskere fra Australia, USA, Storbritannia og Chile.

Arbeidet ble muliggjort av utviklingen av algoritmen for å lete etter visse digitale signaturer.

“Med det kunne vi identifisere mange tusen linser sammenlignet med bare noen få håndfuller,” sier Dr. Tran.

Gravitasjonslinser ble først identifisert som et fenomen av Einstein som spådde at lys bøyer seg rundt massive objekter i rommet på samme måte som lys bøyer seg gjennom en linse.

Ved å gjøre det forstørrer den bilder av galakser som vi ellers ikke ville kunne se.

Selv om det har blitt brukt av astronomer til å observere galakser langt borte i lang tid, har det blitt truffet og savnet å finne disse kosmiske forstørrelsesglassene i utgangspunktet.

“Disse linsene er veldig små, så hvis du har uklare bilder, kommer du ikke til å virkelig kunne oppdage dem,” sier Dr. Tran.

Mens disse linsene lar oss se gjenstander som er millioner av lysår bort tydeligere, bør den også la oss “se” usynlig mørk materie som utgjør det meste av universet.

“Vi vet at det meste av massen er mørk,” sier Dr. Tran. “Vi vet at masse er bøyende lys, og hvis vi kan måle hvor mye lys som er bøyd, kan vi utlede hvor mye masse som må være der.”

Å ha mange flere gravitasjonslinser på forskjellige avstander vil også gi oss et mer fullstendig bilde av tidslinjen som går tilbake nesten til Big Bang.

“Jo flere forstørrelsesbriller du har, desto større sjanse kan du prøve å kartlegge disse fjernere objektene. Forhåpentligvis kan vi bedre måle demografien til veldig unge galakser,” sier Dr. Tran.

“Så et sted mellom de virkelig tidlige første galaksene og oss er det en hel masse evolusjon som skjer, med små stjernedannende områder som konverterer uberørt gass til de første stjernene til solen, Melkeveien.”

“Og så med disse linsene på forskjellige avstander, kan vi se på forskjellige punkter i den kosmiske tidslinjen for å spore i hovedsak hvordan ting endrer seg over tid, mellom de aller første galaksene og nå.”

Dr. Trans team spredte seg over hele verden, og hver gruppe ga forskjellig ekspertise.

– Å kunne samarbeide med mennesker, ved ulike universiteter, har vært så avgjørende, både for å sette opp prosjektet i utgangspunktet, og nå fortsette med alle oppfølgingsobservasjonene, sier hun.

Professor Stuart Wyithe fra University of Melbourne og direktør for ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (Astro 3D) sier at hver gravitasjonslinse er unik og forteller oss noe nytt.

“Bortsett fra å være vakre objekter, gir gravitasjonslinser et vindu for å studere hvordan massen er fordelt i svært fjerne galakser som ikke er observerbare via andre teknikker. Ved å introdusere måter å bruke disse nye store datasettene av himmelen til å søke etter mange nye gravitasjonslinser , åpner teamet muligheten til å se hvordan galakser får massen sin,” sier han.

Professor Karl Glazebrook fra Swinburne University, og Dr. Tran’s Co-Science Lead på papiret, hyllet arbeidet som hadde gått før.

“Denne algoritmen ble utviklet av Dr. Colin Jacobs ved Swinburne. Han så gjennom titalls millioner galaksebilder for å beskjære prøven ned til 5000. Vi hadde aldri drømt om at suksessraten skulle være så høy,” sier han.

“Nå får vi bilder av disse linsene med Hubble-romteleskopet, de spenner fra kjevefallende vakre til ekstremt merkelige bilder som vil ta oss betydelig innsats for å finne ut.”

Førsteamanuensis Tucker Jones ved UC Davis, en annen medvitenskapelig leder på papiret, beskrev den nye prøven som “et gigantisk skritt fremover i å lære hvordan galakser dannes gjennom universets historie.”

“Vanligvis ser disse tidlige galaksene ut som små uklare klatter, men linseforstørrelsen lar oss se strukturen deres med mye bedre oppløsning. De er ideelle mål for våre kraftigste teleskoper for å gi oss best mulig utsikt over det tidlige universet,” sier han. .

“Takket være linseeffekten kan vi lære hvordan disse primitive galaksene ser ut, hva de er laget av og hvordan de samhandler med omgivelsene.”

---

---

Levert av ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3D (ASTRO 3D)