Învățăturile automate descoperă quasaruri care acționează ca lentile
Potrivit unui studiu recent publicat de un grup de cercetători condus de Everett McArthur, utilizarea învățării automate a condus la descoperirea unor quasari rare, care se comportă ca lentile gravitaționale. Aceste fenomene sunt extrem de valoroase în astronomie, oferind noi perspective asupra evoluției găurilor negre supermasive și a galaxiilor gazdă. Dintre aproape 300.000 de quasari catalogati în cadrul Sloan Digital Sky Survey, doar doisprezece au fost identificați inițial ca posibili candidați, iar doar trei au fost confirmați ca fiind lentile gravitaționale.
Studiul recent, publicat pe serverul de preprint arXiv, a analizat datele de la Dark Energy Spectroscopic Instrument, extinzând dramatic aceast mic eșantion. Cercetătorii au examinat peste 812.000 de quasari, identificând șapte candidați de înaltă calitate noi, ceea ce înseamnă că numărul cunoscut de lentile a fost mai mult decât dublat într-o singură căutare.
Identificarea acestor lentile gravitaționale nu este o sarcină ușoară, deoarece detectarea semnăturii subtile a unei galaxii de fundal, ale cărei raze sunt distorsionate de gravitația galaxiei-gazdă a quasarului, necesită tehnici avansate. Atunci când o galaxie mai îndepărtată se aliniază aproape perfect în spatele unui quasar, gravitatea imensă a galaxiei-gazdă acționează ca o lentilă, curbind lumina galaxiei de fundal și generând imagini distorsionate.
Metoda de spectroscopie a fost utilizată ca o altă abordare pentru a detecta aceste galaxii. Cererea de a contribui la această descoperire a venit din necesitatea de a distinge lumina emisă de galaxia de fundal, care apare la o lungime de undă diferită datorită redshift-ului său mai mare, de lumina intensă a quasarului. Echipa a instruit o rețea neurală să identifice aceste caracteristici distinctive ascunse în spectrele quasarelor.
În loc să se bazeze pe un număr mare de exemple reale, care sunt extrem de rare, cercetătorii au construit lentile simulatoare realiste prin combinarea spectrelor efective ale quasarior cu cele ale galaxiilor de emisie cu redshift mai mare. Aproximativ 3.000 de lentile sintetice și 30.000 de spectre normale de quasari au fost utilizate pentru a antrena rețeaua neurală, care a demonstrat o performanță remarcabilă, atingând o acuratețe de 99% în clasificare.
Prin aplicarea acestei metode asupra primelor date eliberate de DESI, cercetătorii au reușit să identifice șapte candidați de grad A, fiecare având o linie de emisie de oxigen dublă puternic semnificativă, cu un redshift mai mare decât al quasarului de prim-plan. În plus, patru dintre aceștia au arătat emisiile de hidrogen beta și oxigen trei provenind din galaxia de fundal.
De asemenea, metoda a reușit să recupereze un singur sistem de lentile quasar deja cunoscut care se afla în aria de studiu a DESI. Această descoperire este crucială deoarece quasarii care acționează ca lentile oferă o oportunitate unică de a investiga modul în care găurile negre supermasive și galaxiile gazdă au evoluat de-a lungul istoriei universului.
Dimensiunea unghiulară a imaginilor lensed, cunoscută sub numele de raza Einstein, dezvăluie direct masa galaxiei-gazdă. Cu ajutorul tehnicilor tradiționale, este aproape imposibil să se separe lumina quasarului de cea a galaxiei din jur, dar utilizarea lentilelor gravitaționale simplifică această măsurare, oferind astronomilor o fereastră valoroasă în universul îndepărtat.
Informații suplimentare despre acest studiu pot fi găsite în lucrarea lui Everett McArthur și colaboratorii, intitulată “Quasars acting as Strong Lenses Found in DESI DR1” publicată pe arXiv. Această cercetare demonstrată de utilizarea avansată a învățării automate în astronomie deschide noi orizonturi în înțelegerea cosmosului și a dinamicii sale complexe.
