劳伦斯·伯克利国家实验室 研究中确定的透镜候选物的地基空间图像(左)，以及确认透镜的哈勃空间望远镜图像(右)
信用:暗能量相机遗产调查，哈勃太空望远镜 就像宇宙更深层奥秘的水晶球一样，星系和其他巨大的空间物体可以作为透镜，沿着同一路径观察更遥远的物体和现象，以启示的方式弯曲光线
100多年前，阿尔伯特·爱因斯坦首次将引力透镜理论化，以描述光线在穿过星系和星系团等大质量物体时是如何弯曲的
这些透镜效应通常被描述为弱或强，并且透镜的强度与物体的位置和质量以及与被透镜化的光源的距离有关
强透镜的质量可能是太阳的1000亿倍，导致来自同一路径上更远物体的光被放大并分裂成多个图像，或者呈现为戏剧性的弧线或环
强引力透镜的主要限制是它们的稀缺性，自1979年第一次观测以来，只有几百个被证实，但这种情况正在改变
又快
一个国际科学家小组的新研究揭示了335个新的强透镜候选人，这些候选人是基于对为美国大学收集的数据的深入研究
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美国能源部在亚利桑那州支持的名为暗能量分光镜的望远镜项目
这项发表在5月7日《天体物理学杂志》上的研究得益于在国际科学竞赛中获胜的机器学习算法
参与这项研究的劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)物理系高级科学家大卫·施莱格尔说:“找到这些物体就像找到星系大小的望远镜一样。”
“它们是暗物质和暗能量的强大探测器
" 例如，如果超新星被观测到，并通过这些透镜被精确跟踪和测量，这些新发现的引力透镜候选物可以为精确测量古代宇宙中星系的距离提供特定的标记
强透镜也为看不见的暗物质宇宙提供了一个强有力的窗口，暗物质约占宇宙物质的85%，因为大多数导致透镜效应的物质被认为是暗物质
暗物质和由暗能量驱动的宇宙加速膨胀是物理学家正在努力解决的最大谜团之一
这张哈勃太空望远镜的图像显示了一个引力透镜(中心)，在处理地基空间图像的神经网络的帮助下，它首次被确定为候选透镜
镜头是人工着色的，并在图像中画圈
信用:哈勃太空望远镜 在最新的研究中，研究人员聘请了伯克利实验室国家能源研究科学计算中心的超级计算机柯里，自动比较暗能量相机遗产调查(DESI准备中进行的三项调查之一)的成像数据与423个已知镜头和9451个非镜头的训练样本
研究人员将候选的强镜片根据它们实际上是镜片的可能性分为三类:A级代表60个最有可能是镜片的候选镜片，B级代表105个特征不太明显的候选镜片，C级代表176个具有比其他两类镜片更模糊和更小的镜片特征的候选镜片
该研究的主要作者黄(音译)指出，该团队已经成功赢得了哈勃太空望远镜的时间，证实了该研究中揭示的一些最有希望的透镜候选物，哈勃太空望远镜的观测时间始于2019年末
“哈勃太空望远镜可以看到精细的细节，而不会受到地球大气的模糊影响，”黄说
在人工智能的一种形式的神经网络的帮助下，识别候选镜片，其中计算机程序被训练为随着时间的推移逐渐改善其图像匹配，以提供识别镜片的增加的成功率
计算机化的神经网络受到人脑中神经元生物网络的启发
“训练神经网络需要几个小时，”黄说
“有一个非常复杂的‘什么是镜头’的拟合模型“什么不是镜头？”" 黄指出，为了从成千上万的图像中挑选出最佳图像来训练网络，对透镜图像进行了一些细致的人工分析
他回忆起一个周六，在那一天，他和学生研究人员坐在一起，仔细研究了数万张图像，以制定镜头和非镜头的样本列表
“我们不只是随机选择这些，”黄说
“例如，我们必须用人工挑选的看起来像透镜但不是透镜的例子来扩充这一套，”我们选择了那些可能会引起混淆的例子
" 彩色图像，在研究中被确定为可能的重力透镜，与哈勃太空望远镜最近的图像(黑白)并排比较
信用:哈勃太空望远镜，暗能量相机遗产调查 他补充说，学生的参与是这项研究的关键
“学生们在这个项目上勤奋工作，解决了许多棘手的问题，同时还带着满满的课程，”他说
参与这项研究的学生之一，克里斯托弗·斯托尔弗，后来被选入美国能源部伯克利实验室科学本科生实验室实习项目
研究人员已经改进了最新研究中使用的算法，以加快识别可能的镜片
虽然估计每10000个星系中就有一个充当透镜，但神经网络可以消除大多数非透镜
他说:“我们没有在10000张图片中找到一张，现在我们只有几十张。”
神经网络最初是为“强引力透镜发现挑战”开发的，这是一个从2016年11月到2017年2月的编程竞赛，推动了寻找强透镜的自动化工具的开发
施莱格尔说，随着观测数据越来越多，以及新的望远镜项目，如德西望远镜和计划于2023年启动的大型天气观测望远镜(LSST)，使用复杂的人工智能工具挖掘这些数据的竞争越来越激烈
“竞争很激烈，”他说
例如，澳大利亚的一个团队也用不同的方法发现了许多新的透镜候选人
“大约40%的人发现我们没有，”同样，施莱格尔参与的研究发现了许多其他团队没有发现的候选人
黄说，研究小组已经扩大了在其他天空成像数据来源中对镜头的搜索，并且还在考虑是否插入更广泛的计算资源来加快搜索
“我们的目标是达到1000个”新的透镜候选人，施莱格尔说
国家科学研究中心是美国能源部科学用户机构
参与研究的人员包括来自旧金山大学伯克利实验室、国家光学天文观测站、锡耶纳学院、怀俄明大学、亚利桑那大学、多伦多大学和加拿大周边理论物理研究所以及法国巴黎萨克莱大学的研究人员
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