Immagini di lenti gravitazionali tratte dalla survey AGEL. Le immagini sono centrate sulla galassia in primo piano e includono il nome dell’oggetto. Ogni pannello include la distanza confermata dalla galassia in primo piano (zdef) e dalla galassia di fondo lontana (zsrc).

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’astronoma Kim-Vy Tran di ASTRO 3D e UNSW Sydney e i suoi colleghi hanno valutato 77 di queste lenti utilizzando l’Osservatorio Keck delle Hawaii e il Very Large Telescope in Cile. La ricercatrice e il suo team internazionale hanno confermato che 68 delle 77 lenti gravitazionali sono forti e 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. Finora, le lenti gravitazionali sono state difficili da trovare e solo un centinaio sono utilizzate abitualmente.

L’articolo di Kim-Vy Tran, pubblicato 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.

Il lavoro fa parte dell’indagine ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL).

“La nostra spettroscopia ci ha permesso di tracciare un quadro tridimensionale delle lenti gravitazionali per dimostrare che sono autentiche e non una semplice sovrapposizione casuale“, spiega l’autore corrispondente, il dottor Tran, del Centro di eccellenza ARC per l’astrofisica di tutti i cieli in 3 dimensioni (ASTRO3D) e dell’Università del NSW (UNSW).

“Il nostro obiettivo con AGEL è quello di confermare spettroscopicamente circa 100 forti lenti gravitazionali che possono essere osservate sia dall’emisfero settentrionale che da quello meridionale durante tutto l’anno“.

Il lavoro è il risultato di una collaborazione a livello mondiale 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.

“Con questo algoritmo abbiamo potuto identificare molte migliaia di lenti rispetto a poche manciate“, spiega il dottor Tran.

La lente gravitazionale è stata identificata per la prima volta come un fenomeno da Einstein, il quale ha previsto che la luce si piega intorno agli oggetti massicci nello spazio nello stesso modo in cui la luce si piega passando attraverso una lente.

In questo modo, ingrandisce notevolmente le immagini delle galassie che altrimenti non saremmo in grado di vedere.

Sebbene gli astronomi abbiano usato questa tecnologia per osservare galassie lontane per molto tempo, la ricerca di queste lenti d’ingrandimento cosmiche è stata un po’ sporadica.

“Queste lenti sono molto piccole, quindi se le immagini sono sfocate, non è possibile individuarle“, spiega il dottor Tran.

Se da un lato queste lenti ci permettono di vedere meglio oggetti distanti milioni di anni luce, dall’altro dovrebbero permetterci di “vedere” la materia oscura invisibile che costituisce la maggior parte dell’Universo.

“Sappiamo che la maggior parte della massa è oscura“, dice il dottor Tran. “Sappiamo che la massa piega la luce e quindi se riusciamo a misurare quanta luce viene piegata, possiamo dedurre quanta massa deve esserci“.

Avere molte più lenti gravitazionali a varie distanze ci darà anche un’immagine più completa della linea del tempo che risale quasi al Big Bang.

“Più lenti di ingrandimento si hanno, più possibilità ci sono di cercare di rilevare questi oggetti più distanti. Speriamo di poter misurare meglio la demografia delle galassie molto giovani“, dice il dottor Tran.

“Poi, da qualche parte tra queste prime galassie e noi, c’è tutta un’evoluzione che sta avvenendo, con piccole regioni di formazione stellare che trasformano il gas incontaminato nelle prime stelle del Sole, la Via Lattea“.

“E così, con queste lenti a distanze diverse, possiamo osservare diversi punti della linea temporale cosmica per seguire essenzialmente come le cose cambiano nel tempo, tra le primissime galassie e oggi“.

L’équipe del dottor Tran si è estesa a tutto il mondo e ogni gruppo ha fornito competenze diverse.

“La possibilità di collaborare con persone di diverse università è stata fondamentale, sia per l’avvio del progetto che per la prosecuzione delle osservazioni successive“, spiega la dott.ssa Tran.

Il professor Stuart Wyithe dell’Università di Melbourne e direttore dell’ARC Centre 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 a essere oggetti bellissimi, le lenti gravitazionali offrono una finestra per studiare la distribuzione della massa in galassie molto distanti che non sono osservabili con altre tecniche. Introducendo modi per utilizzare questi nuovi grandi insiemi di dati del cielo per cercare molte nuove lenti gravitazionali, il team apre l’opportunità di vedere come le galassie ottengono la loro massa“, ha dichiarato.

Il professor Karl Glazebrook dell’Università di Swinburne, e co-science leader del dott. Tran, ha reso omaggio al lavoro svolto in precedenza.

“Questo algoritmo è stato sperimentato dal dottor Colin Jacobs della 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“, dice.

“Ora stiamo ottenendo immagini di queste lenti con il telescopio spaziale Hubble, che vanno da immagini di una bellezza sconvolgente a immagini estremamente strane che ci richiederanno un notevole sforzo per capirle“.

Il professore associato Tucker Jones dell’UC Davis, un altro co-scienziato responsabile del lavoro, ha descritto il nuovo campione come “un gigantesco passo avanti nell’apprendimento di come si formano le galassie nella storia dell’Universo“.

“Normalmente queste galassie primordiali appaiono come piccoli blob sfocati, ma l’ingrandimento della lente ci permette di vedere la loro struttura con una risoluzione molto migliore. Sono bersagli ideali per i nostri telescopi più potenti, per darci la migliore visione possibile dell’universo primordiale“, ha aggiunto.

“Grazie all’effetto lente possiamo scoprire l’aspetto di queste galassie primitive, di cosa sono fatte e come interagiscono con l’ambiente circostante“.

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