Гравітаційна лінза виникає, коли масивна галактика чи скупчення галактик своєю гравітацією викривляє простір навколо себе. Світло від об'єктів, що лежать далі, огинає цю масу і доходить до нас спотвореним, розтягнутим у дуги або розділеним на кілька зображень. Для астрономів це природний телескоп: лінза підсилює світло далеких і тьмяних об'єктів, роблячи видимим те, що інакше залишилося б поза межею чутливості навіть найпотужніших інструментів.
Огляд AGEL (ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses) веде систематичний пошук і підтвердження таких систем. Другий каталог огляду додає новий матеріал до 68 лінз, опублікованих у першому релізі, і доводить загальну кількість підтверджених систем до 139. Для 167 з них уже є знімки з космічного телескопа Hubble, отримані в межах трьох спостережних програм, одна з яких ще триває.
Нейромережа шукає лінзи серед мільйонів знімків
Пошук кандидатів у гравітаційні лінзи вручну серед мільйонів галактик — задача, яка фізично неможлива для команди дослідників. Тому AGEL спирається на згорткову нейронну мережу, навчену розпізнавати характерні викривлення та дуги на знімках огляду Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS).
Мережа виділяє кандидатів, але остаточне підтвердження вимагає спектроскопії — вимірювання спектра світла, яке дозволяє визначити червоне зміщення і переконатися, що перед нами дійсно два об'єкти на різних відстанях, а не випадковий збіг форм. Для цього використовувався, зокрема, спектрограф XSHOOTER на телескопі VLT в Чилі.
Результат перевершив очікування: із кандидатів, для яких провели спектроскопію, підтвердилися 96%. Це виключно високий показник для подібних пошуків, де хибні спрацьовування — типова проблема. Автори огляду окремо розглядають найпоширеніші причини хибних кандидатів і пропонують стратегії, які допоможуть зменшити їхню частку в наступних, ще масштабніших пошуках лінз.
Кільця Ейнштейна та галактики без зореутворення
Каталог AGEL охоплює широкий діапазон систем — від деформацій, створених окремими галактиками, до лінзування цілими групами й скупченнями. Серед знахідок є рідкісні об'єкти: кільця Ейнштейна, коли лінза й джерело вирівняні настільки точно, що зображення джерела перетворюється на майже суцільне кільце світла навколо лінзи.
Інша рідкісна категорія — лінзовані квієсцентні галактики, тобто такі, що вже практично припинили формувати нові зорі. Побачити їх на великих відстанях складно через тьмяність, і саме ефект гравітаційного підсилення робить це можливим.
Порівняно з іншими спектроскопічними вибірками гравітаційних лінз, системи AGEL у середньому мають вищі червоні зміщення як лінзувальних галактик, так і джерел за ними. Це означає, що огляд дістає до об'єктів, розташованих далі й раніше у космічній історії, ніж більшість аналогічних каталогів.
Подвійні лінзи вимірюють розширення Всесвіту
Окрему цінність мають системи, де одна лінза одночасно викривляє світло від двох різних джерел, розташованих на різних відстанях. У новому каталозі таких систем із подвійною площиною джерел шість: п'ять підтверджених сильних лінз і одна ймовірна.
Геометрія такого потрійного вирівнювання — лінза і два джерела на різних відстанях за нею — дає можливість незалежно перевіряти космологічні параметри, зокрема темпи розширення Всесвіту. Кожна додаткова площина джерела фактично додає ще один незалежний вимір масштабу до розрахунків, що робить подібні системи рідкісним, але цінним інструментом космології.
AGEL готує ґрунт для Euclid і LSST
Кількість відомих гравітаційних лінз найближчими роками зросте на порядки. Космічний телескоп Euclid, огляд неба Legacy Survey of Space and Time обсерваторії імені Вери Рубін, програма KAPA на обсерваторії Кека та огляд 4SLSLS на спектрографі 4MOST — усі ці проєкти здатні виявляти тисячі нових кандидатів у лінзи.
Проблема в тому, що перевірити спектроскопією кожен кандидат буде неможливо: обсяг даних просто не дозволить це зробити для всіх. Тому вже зараз потрібні надійні методи автоматичного відбору й пріоритизації — які кандидати заслуговують на дороге спостережне підтвердження, а які варто відкинути.
Саме тут AGEL відіграє роль піонера. Огляд не лише поповнює каталог підтверджених лінз, а й відпрацьовує самі методи пошуку та фільтрації хибних кандидатів, які стануть основою для роботи з набагато більшими масивами даних наступного покоління телескопів.
