Нейросеть нашла более тысячи кандидатов в гравитационные линзы

Астрономы обнаружили более 1200 кандидатов в гравитационные линзы, что потенциально может удвоить число подобных объектов, известных сегодня. Как сообщается в статье, принятой к публикации в The Astrophysical Journal, для этого ученые использовали остаточную нейросеть, обученную на выборке из более 20 миллионов изображений.

Гравитация массивных небесных тел, например галактик и их скоплений, может изменять направление, в котором распространяется электромагнитное излучение. Находясь на одной линии между наблюдателем и фоновым источником, они, подобно линзе, усиливают свет последнего, что позволяет ученым изучать очень далекие и тусклые объекты. Сегодня гравитационное линзирование используется для исследования ранней Вселенной и распределения темной материи в скоплениях галактик. Однако пока что известно не так много подобных «линз» — всего лишь несколько сотен.

Сяошэн Хуан (Xiaosheng Huang) из Университета Сан-Франциско вместе с коллегами опубликовали результаты поиска гравитационных линз в данных обзора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) Legacy Imaging Surveys. Они начали свою работу еще в 2018 году и два года спустя представили первые 335 кандидатов в гравитационные линзы. Теперь же ученые, применяя аналогичный метод, улучшили свой результат. С помощью остаточной нейросети, разработанной в рамках конкурса «Strong Gravitational Lens Finding Challenge», они нашли 1210 новых кандидатов.

Астрономы обучали нейросеть на выборке из 632 известных гравитационных линз и кандидатов и 21 тысяч других объектов. Проверка показала, что площадь под кривой ошибок (ROC-кривой) составила 0,997 (чем она ближе к единице, тем «лучше» модель классификации). Затем алгоритм проанализировал почти 22 миллиона изображений, из которых он отобрал 39 тысяч рекомендованных для дальнейшего изучения снимков. 

Ученые проверили эти снимки и разделили их на три класса: класс А — наиболее вероятные кандидаты в гравитационные линзы, которые демонстрировали одну или несколько участков дуг (арок или арклетов), считающихся искаженными изображениями галактик, лежащих за линзой; класс B, который был похож на класс А, но имел более мелкие и тусклые участки дуг; и, наконец, класс С, куда попадали объекты, которые демонстрировали еще более тусклые и мелкие арки — если они действительно являются линзами, то угол отклонения фотонов от первоначальной траектории в их случае достаточно мал.

В итоге ученым удалось выделить 1312 сильных кандидатов в гравитационные линзы, 102 из которых уже были ранее зарегистрированы другими группами. Из оставшихся 1200 кандидатов 193 принадлежали к классу А, 175 — к классу В и 842 — к классу C. В будущем астрономы смогут проверить свою выборку с помощью Обсерватории Веры Рубин, которая начнет работу уже в этом году. Если они смогут увидеть преломленный свет сверхновой звезды из фоновой галактики, это станет хорошим доказательством существования гравитационной линзы.

В прошлом группе исследователей удалось обнаружить сверхновую Ia типа, «учетверенную» гравитационной линзой. Он располагается в четырех миллиардах световых лет и, благодаря линзированию, ее свет усилен в 50 раз.

Кристина Уласович