یک الگوریتم یادگیری ماشینی درک ماهیت ماده‌ی تاریک را آسان‌تر کرد
دانشمندان با تأیید یک الگوریتم یادگیری ماشینی که برای شناسایی لنزهای گرانشی توسعه یافته است، به درک بهتر ماهیت ماده‌ی تاریک امیدوار شدند.
اوایل امسال، یک الگوریتم یادگیری ماشینی حدود ۵۰۰۰ لنز گرانشی احتمالی را تشخیص داد که می‌توانند به ترسیم روند تکامل کهکشان‌ها از زمان «مه‌بانگ» (Big Bang) کمک کنند و به‌نوبه‌ی خود باعث شناسایی انبوهی از کهکشان‌های باستانی شوند.
اکنون تیم «کیم-وی ترن» (Kim-Vy Tran) از «مرکز اخترفیزیک سه‌بعدی سراسر آسمان» (ASTRO 3D) و دانشگاه نیو ساوت ولز با استفاده از رصدخانه‌ی کک در هاوایی و تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی در شیلی ۷۷ مورد از این لنزهای گرانشی را ارزیابی کرده‌اند. آن‌ها دریافتند که ۶۸ مورد از این تعداد لنزهای گرانشی قوی هستند که باعث بزرگ‌نمایی قابل توجه فاصله‌های کیهانی می‌شوند.
این موفقیت ۸۸ درصدی نشان می‌دهد که الگوریتم توسعه یافته، قابل اعتماد است و به کمک آن می‌توان هزاران لنز گرانشی را شناسایی کرد. این درحالی است که در حالت عادی، کشف لنزهای گرانشی دشوار است و تا کنون فقط حدود صد تای آن‌ها به‌طور معمول استفاده شده‌اند.
نتایج مطالعه‌ی کیم-وی ترن و تیمش که به‌تازگی در «استرونومیکال ژورنال» (Astronomical Journal) منتشر شده، داده‌های طیف‌سنجی از قوی‌ترین لنزهای گرانشی را فراهم می‌کند که پیش از این با استفاده از «شبکه‌های عصبی پیچیده» (Convolutional Neural Networks) توسعه یافته توسط دانشمند داده دکتر «کالین ژاکوبز» (Colin Jacobs) در استرو-تری‌دی و دانشگاه سوین‌برن، شناسایی شده بودند.
این پژوهش بخشی از کارزار علمی بررسی «تکامل کهکشان‌ها با لنزهای گرانشی توسط استرو تری‌دی» (AGEL) محسوب می‌شود. ترن درباره‌ی این یافته‌ها گفت: «طیف‌سنجی به ما امکان داد تا نقشه‌ی سه‌بعدی لنزهای گرانشی را تهیه کنیم تا بفهمیم که این موارد واقعا لنز گرانشی هستند و فقط بر اساس شانس شناسایی نشده‌اند.»
او افزود: «هدف ما در ایجل (AGEL) این است که با داده‌های طیف‌سنجی حدود ۱۰۰ لنز گرانشی قوی را که در طول سال در نیمکره‌های شمالی و جنوبی دیده می‌شوند، تأیید کنیم.»
تأیید این الگوریتم برای جست‌وجوی امضاهای دیجیتالی خاصی در آسمان، به کمک یک همکاری بین‌المللی توسط پژوهشگرانی از استرالیا، آمریکا، انگلستان و شیلی ممکن شد. ترن در این زمینه اشاره کرد: «با این الگوریتم می‌توانیم هزاران لنز گرانشی را در مقابل تعداد کمی که در اختیار داریم، تأیید کنیم.»
پدیده‌ی «لنز گرانشی» (Gravitational Lensing) نخستین بار توسط اینشتین پیش‌بینی شد که بیان داشت نور پیرامون اجرام عظیم در فضا، مشابه نور گذرنده از یک عدسی خم می‌شود. بدین ترتیب تصویر کهکشان‌های بسیار دوردست که در حالت عادی دیده نمی‌شوند، قابل مشاهده خواهد بود.
در حالی که ستاره‌شناسان سال‌هاست از این روش برای مشاهده‌ی کهکشان‌های دوردست استفاده می‌کنند اما الگوریتم تازه به کشف عدسی‌های بیشتری کمک می‌کند. ترن با بیان این مطلب ادامه داد: «این لنزها بسیار کوچک هستند بنابراین اگر تصویر تاری داشته باشید، نمی‌توانید آن‌ها را تشخیص دهید.»
این لنزهای گرانشی در عین حال که امکان بهتر دیدن اجرامی در میلیون‌ها سال نوری دروتر را فراهم می‌کنند، کمک می‌کنند تا بتوان میزان خم‌شدگی نور را اندازه گرفت و در نتیجه باعث تعیین جرم موجود در آن ناحیه‌ی خاص از فضا می‌شوند.
پژوهشگر دانشگاه نیو ساوت ولز در این رابطه توضیح داد: «می‌دانیم که بیشتر ماده، تاریک است و می‌دانیم که وجود ماده نور را خم می‌کند. بنابراین اگر بتوانیم میزان خمش نور را اندازه بگیریم، درمی‌یابیم که چه میزان ماده باید در آنجا وجود داشته باشد.»
در اختیار داشتن لنزهای گرانشی بیشتر در فاصله‌های گوناگون، همچنین به ما تصویر کامل‌تری از روند رو به عقب تاریخ کیهانی، تقریبا تا زمان مه‌بانگ ارائه می‌دهد. ترن در این‌باره بیان داشت: «داشتن عدسی‌های بزرگ‌کننده‌ی بیشتر شانس بیشتری برای دیدن اجرام دوردست فراهم می‌کند و باعث می‌شود سرشماری بهتری از کهکشان‌های خیلی جوان دوردست داشته باشیم.»
او افزود: «و میان این کهکشان‌های کاملا اولیه و ما، رویدادهای تکاملی بسیاری در حال روی دادن است؛ از نواحی شکل‌گیری ستارگان کوچک که گاز اولیه را به نخستین ستارگان تبدیل می‌کنند تا خورشید در راه شیری. و بدین ترتیب با این لنزها در فاصله‌های گوناگون، می‌توانیم به نقاط مختلف در تاریخ کیهان نگاه کنیم تا روند تغییرات اجرام گوناگون را از اوایل کیهان تا کنون متوجه شویم.»
پروفسور «استوارت اوت» (Stuart Wyithe) از دانشگاه ملبورن و مدیر استرو تری‌دی هم اشاره کرد که هر لنز گرانشی چیز تازه‌ای به ما می‌گوید. او افزود: «لنزهای گرانشی، جدا از اینکه اجرام زیبایی هستند، پنجره‌ای برای مطالعه‌ی توزیع جرم در کهکشان‌های بسیار دور که با روش‌های دیگر قابل مشاهده نیستند، فراهم می‌کنند. با معرفی راهی برای استفاده از این مجموعه داده‌های عظیم در مسیر جست‌وجوی لنزهای گرانشی تازه، فرصتی برای دیدن چگونگی رشد کهکشان‌ها فراهم شده است.»
پروفسور «کارل گلیزبروک» (Karl Glazebrook) از دانشگان سوین‌برن هم درباره‌ی این یافته‌ی تازه گفت: «این الگوریتم توسط دکتر کالین ژاکوبز توسعه یافت. او ده‌ها میلیون تصویر کهکشان را غربال کرد تا به ۵۰۰۰ نمونه رسید. هرگز فکر نمی‌کردیم که نرخ موفقیت این‌قدر بالا باشد.»
او افزود: «اکنون از این لنزهای گرانشی با تلسکوپ فضایی هابل تصویر می‌گیریم. تصاویر که از کهکشان‌های جذاب و زیبا تا تصاویر شگفت‌انگیز و غیرقابل تصور را دربر خواهد گرفت.»
دکتر «تاکر جونز» (Tucker Jones) از دانشگاه دیویس دیگر همکار این مطالعه هم خاطرنشان کرد: «یک گام بزرگ در مسیر یادگیری چگونگی تشکیل کهکشان‌ها و تاریخچه‌ی کیهان برداشته شده است.»
او افزود: «در حالت عادی این کهکشان‌های اولیه مانند حباب‌های محوی به‌نظر می‌رسند اما با بزرگ‌نمایی توسط عدسی‌های گرانشی، می‌توانیم ساختار آن‌ها را با وضوح بهتری ببینیم. آن‌ها هدف ایدئالی برای قدرتمندترین تلسکوپ‌های ما هستند و نگاهی به کیهان اولیه در اختیارمان می‌گذارند.»
و این‌گونه است که «به لطف اثر لنز گرانشی می‌توانیم بفهمیم این کهکشان‌های اولیه چه شکلی هستند، از چه چیزی ساخته شده‌اند و چگونه با محیط پیرامون خود برهم‌کنش دارند.»
عکس کاور: طرحی گرافیکی از ماده‌ی تاریک
Credit: ASTRO 3D.SciTechDaily
منبع: SciTechDaily
زنده باد هوش مصنوعی