四重を見る

重力レンズで4個に見えるクエーサー。
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2021年4月7日に投稿

新しく発見された4重に画像化されたクエーサーのうちの4つがここに示されています（左）。画像の中心となる物体はレンズ銀河であり、その重力によって背後のクエーサーからの光が分割され、4つのクエーサー画像が生成されます。これらのシステムをモデル化し、さまざまな画像の明るさが時間の経過とともにどのように変化するかを監視することで、天文学者は宇宙の膨張率を決定し、宇宙論の問題を解決するのに役立ちます。
クレジット：GraLコラボレーション
機械学習手法は、宇宙論的パズルの解決に役立つ、まれな「4倍に画像化されたクエーサー」の発見につながります
Maunakea、ハワイ" I -機械学習技術の助けを借りて、天文学者のチームは4つの類似イメージの中に天然に存在する宇宙の「レンズ」と分割によって反ってきたダースのクエーサーを発見しました。クエーサーは、超大質量ブラックホールを動力源とする遠方の銀河の非常に明るいコアです。

過去40年間で、天文学者はこれらの「4重に画像化されたクエーサー」（略してクエーサー）を約50個発見しました。これは、クエーサーの前にある巨大な銀河の重力が1つの画像を4つに分割するときに発生します。わずか1年半にわたる最新の研究では、これらの既知のクワッドの数が約25％増加し、天文学者がこれらの宇宙の奇妙さを探すのを支援する機械学習の力が実証されています。

「大腿四頭筋は、あらゆる種類の質問に対する金鉱です。それらは宇宙の膨張率を決定するのに役立ち、暗黒物質やクエーサーの「中央エンジン」などの他の謎に対処するのに役立ちます」と、新しい研究の筆頭著者であり、ジェット推進研究所の研究科学者であるダニエル・スターンは述べています。 NASAのCaltechによって管理されています。「それらは干し草の山の中の単なる針ではなく、非常に多くの用途があるため、スイスアーミーナイフです。」

アストロフィジカルジャーナルに掲載される調査結果は、機械学習ツールと、欧州宇宙機関のガイア計画を含むいくつかの地上および宇宙ベースの望遠鏡からのデータを組み合わせることによって作成されました。NASAの広域赤外線サーベイエクスプローラー（またはWISE）; ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台。カリフォルニア工科大学のパロマー天文台; チリにあるヨーロッパ南天天文台の新技術望遠鏡。チリのジェミニ南望遠鏡。

宇宙論的ジレンマ
近年、ハッブル定数としても知られる宇宙の膨張率の正確な値に矛盾が生じています。この数を決定するために2つの主要な手段を使用できます。1つはローカル宇宙のオブジェクトの距離と速度の測定に依存し、もう1つは宇宙の誕生から残った遠方の放射線に基づいてモデルから速度を推定します。宇宙マイクロ波背景放射。問題は、数字が一致しないことです。

「測定には潜在的に系統的なエラーがありますが、それはますます起こりそうにありません」とスターンは言います。「もっと魅力的に、値の不一致は、私たちの宇宙のモデルについて何かが間違っていて、発見すべき新しい物理学があることを意味する可能性があります。」

チームがWolf'sPawやDragonKiteなどのニックネームを付けた新しいクエーサークエーサーは、ハッブル定数の将来の計算に役立ち、2つの主要な測定値が一致していない理由を明らかにする可能性があります。クエーサーは、前の計算で使用されたローカルターゲットと遠方ターゲットの間にあるため、天文学者に宇宙の中間範囲を調べる方法を提供します。ハッブル定数のクエーサーベースの決定は、2つの値のどちらが正しいかを示すことができます。あるいは、おそらくもっと興味深いことに、定数が局所的に決定された値と遠い値の間のどこかにあることを示すことができます。

重力の錯覚
宇宙のクエーサー画像や他の天体の増殖は、銀河などの前景の天体の重力がその背後にある天体の光を曲げて拡大するときに発生します。重力レンズと呼ばれるこの現象は、これまで何度も見られました。クエーサーが2つの類似した画像にレンズ化されることがあります。あまり一般的ではありませんが、4つにレンズ化されています。

カリフォルニア工科大学の天文学およびデータサイエンスの教授である共著者のGeorgeDjorgovskiは、次のように述べています。「彼らは、これらの宇宙論的測定を行うための比較的クリーンな実験室です。」

新しい研究では、研究者は、比較的粗い解像度を持つWISEからのデータを使用して、可能性のあるクエーサーを見つけ、次にガイアの鋭い解像度を使用して、どのWISEクエーサーが可能な4重画像クエーサーに関連付けられているかを特定しました。次に、研究者は機械学習ツールを適用して、空に互いに近くに座っているさまざまな星だけでなく、複数の画像ソースである可能性が最も高い候補を特定しました。ケック天文台の低解像度イメージング分光計（LRIS）、パロマー天文台、新技術望遠鏡、ジェミニサウスを使用した追跡観測により、実際に4倍に画像化されたクエーサーが数十億光年離れていることが確認されました。


この図は、4重に画像化されたクエーサー、または略してクエーサーが空でどのように生成されるかを示しています。数十億光年離れたところにある遠く​​のクエーサーの光は、地球上の私たちの視点から見たときに、その前にたまたま座っている巨大な銀河の重力によって曲げられています。光の曲がりは、クエーサーが前景の銀河を取り巻く4つの同様の物体に分裂したという幻想をもたらします。クレジット：R。Hurt（IPAC / Caltech）/ The GraL Collaboration

人間と機械が連携する
機械学習の助けを借りて発見された最初のクワッドは、Centaurus'Victoryと呼ばれ、ブラジル、フランス、ドイツの協力者と一緒にカリフォルニア工科大学で一晩中過ごしたときに確認されました。 -著者AlbertoKrone-カリフォルニア大学アーバイン校のマーティンズ。チームは、ケック天文台を使用してオブジェクトをリモートで観察していました。

「機械学習は私たちの研究の鍵でしたが、人間の決定に取って代わるものではありません」とクローンマーティンズは説明します。「私たちは継続的な学習ループでモデルを継続的にトレーニングおよび更新し、人間と人間の専門知識がループの重要な部分になるようにします。このような機械学習ツールを参照して「AI」について話すとき、それは人工知能ではなく拡張知能を意味します。」

「アルベルトは当初、このプロジェクトの巧妙な機械学習アルゴリズムを考案しただけでなく、このタイプのプロジェクトではこれまで行われていなかったガイアデータを使用することを彼のアイデアでした」とDjorgovski氏は言います。

「この話は、興味深い重力レンズを見つけることだけではありません。ビッグデータと機械学習の組み合わせがどのように新しい発見につながるかについてもです」と彼は言います。

「ガイアGraL：ガイアDR2重力レンズシステム」というタイトルの天体物理学ジャーナルの研究。VI。四重画像レンズ付きクエーサーの分光学的確認とモデリング」は、NASA、国立科学財団、ポルトガルのファンダソンパラアシエンシアエアテクノロギア、ブラジルのサンパウロ研究財団、および欧州研究会議によって資金提供されました。これらの発見に対するガイアの位置天文学の重要性からGraLまたはガイア重力レンズと呼ばれる研究チームは、オーストラリア、ベルギー、ブラジル、フランス、ドイツ、インド、ポルトガル、スイス、および米国の研究者の共同研究です。

LRISについて
低解像度イメージング分光計（LRIS）は、カリフォルニア工科大学でBevOke教授とJudyCohen教授が率いるチームによって構築され、1993年に委託された、非常に用途が広く超高感度の可視波長イメージャーおよび分光器です。 、その機能をさらに強化するために2つの主要なアップグレードが見られました。より短い波長の光に最適化された2番目の青いアームの追加と、最も長い（赤）波長ではるかに感度の高い検出器の設置です。各アームは、カバーする波長に合わせて最適化されています。この広範囲の波長範囲と機器の高感度を組み合わせることで、彗星（スペクトルの紫外線部分に興味深い特徴がある）から、星形成からの青色光、非常に遠い赤色光まで、あらゆるものの研究が可能になります。オブジェクト。LRISはまた、最大50個の天体のスペクトルを同時に記録します。これは、宇宙の最も遠い範囲で最も早い時期の銀河団の研究に特に役立ちます。LRISは、2011年にノーベル物理学賞を受賞した天文学者が、宇宙の拡大が加速していることを確認するために、遠方の超新星を観測するために使用されました。

WMケック天文台について
WMケック天文台望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産性の高い望遠鏡の1つです。ハワイ島のマウナケア山頂にある2つの10メートル光学/赤外線望遠鏡は、イメージャ、マルチオブジェクト分光器、高解像度分光器、面分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなどの一連の高度な機器を備えています。 。ここに示されているデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の間の科学的パートナーシップとして運営されている民間の501（c）3非営利団体であるKeckObservatoryで取得されました。天文台は、WMケック財団の寛大な財政的支援によって可能になりました。著者は、マウナケア山頂がハワイ先住民コミュニティ内で常に持っていた非常に重要な文化的役割と畏敬の念を認識し、認めたいと考えています。この山からの観察をする機会があったことは、私たちにとって最も幸運なことです。