Сім голок, 800,000 снопів сіна

Квазар є надмасивною чорною дірою, яка активно поглинає матерію, і настільки яскравою, що затуляє галактику, в якій знаходиться. Це створює труднощі, якщо ви хочете виміряти масу галактики, адже саме це потрібно для розуміння того, як чорні діри та їхні господарі-галактики розвивалися разом. Проте існує спосіб обійти цю проблему: потрібно знайти квазар, чия галактика випадково викривляє світло чогось більш віддаленого, і це викривлення розкриває масу. Проблема в тому, що такі вирівнювання надзвичайно рідкісні, а обстеження, яке може їх містити, має 800,000 квазарів. Команда з Огайо Стейт використала нейронну мережу для обробки цього масиву даних і знайшла сім квазарів.

Сині кільця - це віддалені галактики, розмиті в кола масою червоних еліптичних галактик перед ними (Credit : NASA/ESA/SLACS Survey Team: A. Bolton (Harvard/Smithsonian), S. Burles (MIT), L. Koopmans (Kapteyn), T. Treu (UCSB), L. Moustakas (JPL/Caltech))

Квазар є одним з найяскравіших об'єктів у всесвіті. Це ядро віддалених галактик, де надмасивна чорна діра активно поглинає матерію, випромінюючи світло, яке в десятки тисяч разів яскравіше, ніж усього Чумацького Шляху. Ця яскравість робить їх легкими для спостереження, але ускладнює вивчення, оскільки яскраве світло квазара затуляє навколишню галактику. Ви можете бачити маяк, але не саму маякову вежу.

Гравітаційне лінзування пропонує можливість дослідження. Масса викривляє світло, тому якщо галактика знаходиться між нами та чимось більш віддаленим, вона спотворює світло фону, і ступінь викривлення вказує на те, скільки маси викривляє. Це працює незалежно від яскравості передньої галактики, що і потрібно, коли в ній є квазар.

Проте знайти такий квазар не так просто. Гостинна галактика, яка також викривляє світло фонової галактики, потребує випадкового вирівнювання вздовж дуже специфічної лінії зору, і такі випадки досить рідкісні.

Еверетт МаКартур, аспірант Огайо Стейт, вирішив шукати в каталозі Інструмента спектроскопії темної енергії, який містить близько 800,000 спектрів квазарів. Перевірка всієї цієї інформації — не просто проект, а робота на все життя! Замість цього команда навчила нейронну мережу, і ось що цікаво: реальних прикладів було недостатньо, тому вони створили їх, поєднуючи справжні спектри квазарів зі справжніми спектрами фонових галактик для виробництва імітаційних лінз. Мережа навчилася, як має виглядати комбінація, з фальшивок, зібраних з реальних компонентів, а потім почала шукати в реальних даних. Вона скоротила 800,000 до 200. Людські очі завершили роботу, і зупинилися на семи.

Сім — це не так вже й багато, але навіть так це приблизно подвоює вже відомі дані!

Гравітація передньої галактики викривляє і збільшує світло квазара за нею, створюючи кілька спотворених копій одного об'єкта (Credit : NASA, ESA)

Ці квазари знаходяться на відстані не менше п'яти чи шести мільярдів світлових років, і їх підтвердження вимагатиме чогось більш точного, наприклад, телескопа Хаббл. Але якщо вони підтвердяться, кожен з них стане рідкісним об'єктом, вимірювальною масою для галактики, що також містить активну чорну діру, що дозволяє перевірити, як ці два елементи розвивалися разом.

Аргумент МаКартура полягає в тому, що ця техніка узагальнює можливість перенавчання мережі, щоб виявляти інші види аномалій у спектрах. Оскільки каталоги обстежень зростають до таких масштабів, що ніхто не може переглянути все, цікаве питання полягає не в тому, що ми вже спостерігали, а в тому, що ми ще можемо знайти в тому, що вже маємо!