人工智能助力宇宙探秘,诞生科学还是诞生浪漫

AI天文系统助力宇宙探秘,强引力透镜星系新发现,天文的未来将是科技的助力,也将是更丰富的探索。

投稿来源:陈根

广义相对论告诉我们,宇宙间的所有事物,包含没有静止质量的光子,都会受物体质量的影响,当光子经过大质量天体附近时受物体质量(引力场)的影响,其路径会产生偏转。这种光线的偏移被称为“重力透镜效应”,是广义相对论最早得到证实的现象之一。

重力透镜效应(gravitational lensing),根据广义相对论,就是当背景光源发出的光在引力场(比如星系、星系团及黑洞)附近经过时,光线会像通过透镜一样发生弯曲。光线弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。分析背景光源的扭曲,可以帮助研究中间作为“透镜”的引力场的性质。根据尺度与效果的不同,引力透镜效应可以分为强引力透镜效应和弱引力透镜效应。

在宇宙学中,有2种类型的引力透镜,第一种是“弱引力透镜”,来自遥远背景的星光穿过前方的星系团,但不靠近任何特定的星系,因为引力影响较小,光线偏折较少,背景星系的形状会稍微变形。透过观察这些畸变,天文学家可以测量宇宙物质的平均密度,有助我们了解暗能量。

第二种是“强引力透镜”,这种透镜目前比较罕见。就是更强的光线偏折来自更强的引力,背景星系几乎被前方星系阻挡,这时遥远的星光会强烈扭曲,通常会变成围绕前景星系的光弧。由于畸变的程度取决于质量,因此我们可以测量该前景星系暗物质的数量,也能测量宇宙的膨胀速率。

引力透镜是目前天体物理中最重要的研究工具和手段之一,在宇宙学、暗物质、暗能量、大尺度上的引力和系外行星探测上都发挥着巨大作用。但由于强引力透镜效应很少见,因此很难找到足够样本调查。为了对暗物质和暗能量的测量准确性更高,我们需要研究更多有强引力透镜效应的星系。

(左)AI发现的强引力透镜星系候选者(右)哈勃望远镜后续验证的观测

而最近一个研究团队借助于AI在巡天数据寻找这种星系,就是借助于已知的强引力透镜星系的照片对AI进行深度学习训练。而经过训练与学习的AI,目前已经发现了另外300多个候选的强引力透镜星系。随后天文学家们通过哈勃太空望远镜进行观察,证实了AI天文系统的观测,这其中确实有许多候选者。

从目前的使用情况来看,借助于AI来开展前期的宇宙观测探索非常有效。有关的天文学研究团队计划继续分析其他天区的数据,再找出至少1,000个强引力透镜星系。随着AI天文学系统的不断优化,不久的将来AI将会成为我们人类探索、了解宇宙的强有力工具。

 

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