新发现可能揭示暗物质的性质

今年早些时候，一种机器学习算法检测到了多达5000个可能的引力透镜，这可能会改变科学家们描绘大爆炸以来星系演变的能力。ASTRO 3D和新南威尔士大学（UNSW）的Kim-Vy Tran及其同事现在已经利用夏威夷的凯克天文台和智利的甚大望远镜评估了其中的77个透镜。她的国际团队验证了这77个中有68个是跨越巨大宇宙距离的强引力透镜。

这个88%的成功率表明，该算法是可靠的，我们可能有成千上万的新引力透镜。引力透镜一直很难被发现，只有大约一百个经常被使用。

Kim-Vy Tran的研究最近发表在《天文学杂志》上，为以前使用卷积神经网络发现的强引力透镜提供了光谱证据，该网络是由数据科学家Colin Jacobs博士在ASTRO 3D和Swinburne大学开发的。

这项工作是ASTRO 3D星系演变与透镜（AGEL）调查的一部分。

“我们的光谱学使我们能够绘制出引力透镜的三维图，以显示它们是真实的，而不仅仅是偶然的叠加，”来自ARC三维全天空天体物理学卓越中心（ASTRO3D）和新南威尔士大学的通讯作者Tran博士说。

她说：“我们与AGEL的目标是在光谱学上确认全年可以从北半球和南半球观测到的大约100个强引力透镜。”

这篇论文是与来自澳大利亚、美国、英国和智利的研究人员进行的跨越全球的合作的结果。这项工作是通过开发寻找某些数字签名的算法而实现的。

Tran博士说：“有了这个，我们可以识别出成千上万的透镜，而不是只有少数几个。”

引力透镜首先被爱因斯坦确定为一种现象，他预言光在空间的大质量物体周围会发生弯曲，就像光通过透镜时发生弯曲一样。在这样做的时候，它极大地放大了我们无法看到的星系的图像。虽然天文学家用它来观察遥远的星系已经有很长一段时间了，但首先找到这些宇宙“放大镜”一直是一波三折。

“这些透镜非常小，所以如果你有模糊的图像，你就不可能真正发现它们，”Tran博士说。

虽然这些透镜让我们更清楚地看到数百万光年外的天体，但它们也应该让我们 “看到”构成宇宙大部分的不可见暗物质。

“我们知道大部分的质量是黑暗的，”Tran博士说。“我们知道质量在弯曲光线，因此如果我们能够测量出光线被弯曲的程度，我们就可以推断出那里一定有多少质量。”

在不同的距离上拥有更多的引力透镜，也将给我们一个更完整的时间线图像，几乎可以追溯到大爆炸。

“你拥有的放大镜越多，你就越有机会尝试调查这些更遥远的天体。希望我们可以更好地测量非常年轻的星系的人口统计学，”Tran博士说。

“然后在那些真正早期的第一个星系和我们之间的某个地方，有一大堆正在发生的演变，有微小的恒星形成区，将原始气体转化为太阳的第一批恒星，即银河系。因此，通过这些不同距离的透镜，我们可以观察宇宙时间轴上的不同点，以便从本质上追踪从最初的星系到现在，事情是如何随时间变化的。”

Tran博士的团队横跨全球，每个小组提供不同的专业知识。她说：“能够与不同大学的人合作是非常关键的，这对于最初建立这个项目，以及现在继续进行所有的后续观测都是如此。”

墨尔本大学的Stuart Wyithe教授和ARC全天空天体物理学卓越中心（Astro 3D）主任说，每个引力透镜都是独一无二的，并告诉我们一些新东西。

“除了是美丽的天体之外，引力透镜还提供了一个研究非常遥远的星系中质量如何分布的窗口，而这些星系是无法通过其他技术观察到的。”他说：“通过引入使用这些新的大型天空数据集来搜索许多新的引力透镜的方法，该团队开启了观察星系如何获得其质量的机会。”

斯威本科技大学的Karl Glazebrook教授，也是Tran博士在该论文中的共同科学负责人，对之前的工作表示敬意。

“这个算法是由斯威本科技大学的Colin Jacobs博士开创的。他从数以千万计的星系图像中进行筛选，将样本减少到5000个。”他说：“我们从未梦想过成功率会如此之高。”

“现在我们用哈勃太空望远镜得到了这些透镜的图像，它们的范围从令人瞠目结舌的美丽到极其奇怪的图像，这将需要我们付出相当大的努力来弄清楚。”

加州大学戴维斯分校 Tucker Jones副教授是这篇论文的另一位共同科学带头人，他将这个新样本描述为 “在学习星系如何在宇宙历史中形成方面迈出了一大步”。

“通常情况下，这些早期星系看起来就像一个个模糊的小圆球，但是透镜的放大作用使我们能够以更好的分辨率看到它们的结构。”他说：“它们是我们最强大的望远镜的理想目标，让我们尽可能地看到早期宇宙。”

“由于透镜效应，我们可以了解这些原始星系的样子，它们是由什么构成的，以及它们如何与周围环境互动。”