Immagini di lenti gravitazionali dal rilievo AGEL. Le immagini sono centrate sulla galassia in primo piano e includono il nome dell'oggetto. Ciascun pannello include la distanza confermata dalla galassia in primo piano (zdef) e dalla galassia distante sullo sfondo (zsrc). Credito:Kim-Vy H. Tran et al, The Astronomical Journal (2022). DOI:10.3847/1538-3881/ac7da2
All'inizio di quest'anno un algoritmo di apprendimento automatico ha identificato fino a 5.000 potenziali lenti gravitazionali che potrebbero trasformare la nostra capacità di tracciare l'evoluzione delle galassie dal Big Bang.
Ora l'astronomo Kim-Vy Tran di ASTRO 3D e UNSW Sydney e colleghi hanno valutato 77 obiettivi utilizzando l'Osservatorio Keck alle Hawaii e il Very Large Telescope in Cile. Lei e il suo team internazionale hanno confermato che 68 delle 77 sono lenti gravitazionali forti che coprono vaste distanze cosmiche.
Questa percentuale di successo dell'88% suggerisce che l'algoritmo è affidabile e che potremmo avere migliaia di nuove lenti gravitazionali. Ad oggi, le lenti gravitazionali sono state difficili da trovare e solo un centinaio vengono utilizzate abitualmente.
L'articolo di Kim-Vy Tran pubblicato oggi su The Astronomical Journal presenta la conferma spettroscopica di forti lenti gravitazionali precedentemente identificate utilizzando le reti neurali convoluzionali, sviluppate dal data scientist Dr. Colin Jacobs presso ASTRO 3D e la Swinburne University.
L'opera fa parte del sondaggio ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL).
"La nostra spettroscopia ci ha permesso di mappare un'immagine 3D delle lenti gravitazionali per mostrare che sono autentiche e non solo sovrapposizioni casuali", afferma l'autore corrispondente Dr. Tran dell'ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3-Dimensions (ASTRO3D) e l'Università del NSW (UNSW).
"Il nostro obiettivo con AGEL è confermare spettroscopicamente circa 100 forti lenti gravitazionali che possono essere osservate dall'emisfero settentrionale e meridionale durante tutto l'anno", afferma.
Il documento è il risultato di una collaborazione in tutto il mondo con ricercatori provenienti da Australia, Stati Uniti, Regno Unito e Cile.
Il lavoro è stato reso possibile dallo sviluppo dell'algoritmo per la ricerca di determinate firme digitali.
"In questo modo potremmo identificare molte migliaia di lenti rispetto a poche manciate", afferma il dott. Tran.
La lente gravitazionale è stata identificata per la prima volta come un fenomeno da Einstein che predisse che la luce si piega attorno a oggetti massicci nello spazio nello stesso modo in cui la luce si piega passando attraverso una lente.
In tal modo, ingrandisce notevolmente le immagini di galassie che altrimenti non saremmo in grado di vedere.
Sebbene sia stato utilizzato dagli astronomi per molto tempo per osservare galassie lontane, trovare queste lenti d'ingrandimento cosmiche in primo luogo è stato incostante.
"Questi obiettivi sono molto piccoli, quindi se hai immagini sfocate, non sarai davvero in grado di rilevarle", afferma il dottor Tran.
Sebbene queste lenti ci consentano di vedere più chiaramente oggetti distanti milioni di anni luce, dovrebbero anche farci "vedere" la materia oscura invisibile che costituisce la maggior parte dell'Universo.
"Sappiamo che la maggior parte della massa è oscura", afferma il dottor Tran. "Sappiamo che la massa sta piegando la luce e quindi se possiamo misurare quanta luce è piegata, possiamo quindi dedurre quanta massa deve esserci."
Avere molte più lenti gravitazionali a varie distanze ci darà anche un'immagine più completa della linea temporale che risale quasi al Big Bang.
"Più lenti d'ingrandimento hai, maggiori sono le possibilità di provare a rilevare questi oggetti più distanti. Si spera di poter misurare meglio i dati demografici di galassie molto giovani", afferma il dottor Tran.
"Poi da qualche parte tra quelle prime galassie e noi c'è un'intera evoluzione che sta avvenendo, con minuscole regioni di formazione stellare che convertono il gas incontaminato nelle prime stelle del sole, la Via Lattea."
"E quindi, con queste lenti a distanze diverse, possiamo guardare in diversi punti della linea temporale cosmica per tracciare essenzialmente come cambiano le cose nel tempo, tra le primissime galassie e ora."
Il team del Dr. Tran ha attraversato il mondo, con ogni gruppo che fornisce competenze diverse.
"Essere in grado di collaborare con persone, in diverse università, è stato fondamentale, sia per l'avvio del progetto in primo luogo, sia per continuare ora con tutte le osservazioni di follow-up", afferma.
Il professor Stuart Wyithe dell'Università di Melbourne e Direttore dell'ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (Astro 3D) afferma che ogni lente gravitazionale è unica e ci dice qualcosa di nuovo.
"Oltre ad essere oggetti meravigliosi, le lenti gravitazionali forniscono una finestra per studiare come la massa è distribuita in galassie molto distanti che non sono osservabili con altre tecniche. Introducendo modi per utilizzare questi nuovi grandi set di dati del cielo per cercare molte nuove lenti gravitazionali , il team offre l'opportunità di vedere come le galassie ottengono la loro massa", afferma.
Il professor Karl Glazebrook della Swinburne University e il responsabile della co-scienza del Dr. Tran hanno reso omaggio al lavoro svolto in precedenza.
"Questo algoritmo è stato sperimentato dal dottor Colin Jacobs di Swinburne. Ha setacciato decine di milioni di immagini di galassie per ridurre il campione a 5.000. Non avremmo mai immaginato che la percentuale di successo sarebbe stata così alta", afferma.
"Ora stiamo ottenendo immagini di questi obiettivi con il telescopio spaziale Hubble, che vanno da immagini straordinariamente belle a immagini estremamente strane che richiederanno un notevole sforzo per capirle."
Il Professore Associato Tucker Jones dell'UC Davis, un altro co-scienza responsabile del documento, ha descritto il nuovo campione come "un gigantesco passo avanti nell'imparare come si formano le galassie nella storia dell'Universo".
"Normalmente queste prime galassie sembrano piccole macchie sfocate, ma l'ingrandimento della lente ci consente di vedere la loro struttura con una risoluzione molto migliore. Sono obiettivi ideali per i nostri telescopi più potenti per darci la migliore visione possibile dell'universo primordiale", dice .
"Grazie all'effetto lensing possiamo imparare che aspetto hanno queste galassie primitive, di cosa sono fatte e come interagiscono con l'ambiente circostante". + Esplora ulteriormente
