Астрономы обнаружили, что галактики в более плотной среде на 25% больше, чем галактики в менее плотных регионах

Группа астрономов с помощью суперкомпьютера Йельского университета впервые установила, что галактики в более плотной среде на 25 % крупнее своих собратьев в менее плотных регионах Вселенной.

Это открытие, сделанное на основе составленного исследователями ранее массивного каталога форм и размеров 8 миллионов галактик, позволяет всесторонне рассмотреть связь между структурой галактики и средой, в которой она существует.

По словам исследователей, это открытие также может стать новым полезным инструментом для анализа больших массивов данных, полученных в ходе астрономических обзоров нового поколения.

«Это важный шаг в разрешении десятилетий противоречивых результатов по этой теме», — говорит Аритра Гош, бывший докторант Йельского университета, ныне постдокторант LSST-DA Catalyst в Вашингтонском университете и ведущий автор нового исследования в Astrophysical Journal. Гхош также является приглашенным научным сотрудником Йельского университета.

Новые результаты стали возможны благодаря Сети постфактумной оценки морфологии галактик (GaMPEN) — инструменту машинного обучения, который исследовательская группа разработала специально для быстрой обработки больших объемов данных астрономической съемки. GaMPEN также оценивает неопределенности для структурных параметров предсказываемых галактик. По словам исследователей, в этом отношении он примерно на 60% точнее, чем современные альтернативы, используемые астрономами в настоящее время.

GaMPEN может определить структуру одной галактики менее чем за миллисекунду.

Используя этот инструмент, исследователи создали каталог форм и размеров 8 миллионов галактик, обнаруженных в стратегической программе Hyper Suprime-Cam Subaru, которая представляет собой обзор 1400 квадратных градусов неба, сделанный телескопом Subaru на Гавайях. Эта работа была опубликована в исследовании в журнале Astrophysical Journal в 2023 году.

«Мы публично публикуем все наши модели и каталоги машинного обучения», — говорит Гхош. «Это невероятно ценный ресурс, поскольку структура галактик, как выяснилось, тесно связана с широким спектром физических свойств галактики и ее окружения, таких как скорость образования звезд, наличие и активность сверхмассивных черных дыр и окружение галактики».

«Наш подход к машинному обучению идеально подходит для современных огромных исследований, а наша первая работа уникальна тем, что в ней представлены количественные измерения и погрешности, не говоря уже об анализе 8 миллионов галактик», — добавляет Мег Урри, профессор физики и астрономии факультета искусств и наук Йельского университета Израэль Мансон и соавтор обоих исследований. Урри, директор Йельского центра астрономии и астрофизики, была научным руководителем докторской диссертации Гоша.

В своем новом исследовании команда использует GaMPEN, чтобы начать отвечать на сложные и важные вопросы о том, как формируются и эволюционируют галактики.

Исследование, посвященное подмножеству из 3 миллионов галактик Hyper Suprime-Cam, показало, что галактики в более плотных частях Вселенной на 25 % больше, чем галактики с аналогичной массой и формой в менее плотных регионах.

«Мы можем это сделать, потому что наша выборка в 100-10 000 раз больше, чем все предыдущие исследования, и включает в себя гораздо более слабые галактики, чем могли включить предыдущие исследования», — сказал Гхош. «Мы показываем, что хотя существующие теоретические рамки могут объяснить некоторые из наблюдаемых корреляций, не существует единой, унифицированной структуры, которая могла бы объяснить все наши результаты».

По словам исследователей, этот вывод важен еще и потому, что структура галактик является косвенным показателем распределения барионной материи (протонов, нейтронов и другой видимой материи), в то время как на плотность окружающей среды галактик влияет распределение темной материи гало, в которых живут галактики.

«Галактики развиваются с течением времени, и их свойства зависят от массы, размера и других переменных», — говорит Урри. «Анализируя очень большие выборки, разделенные по этим переменным, мы смогли обнаружить увеличение размера галактики с ростом плотности окружающей среды — то, что не было ясно из небольших исследований».

По словам исследователей, им также помогла «Грейс» — кластер объединенных в сеть компьютеров Йельского университета, управляемый Йельским центром исследовательских вычислений и названный в честь покойной Грейс Мюррей Хоппер, которая была пионером йельской компьютерной науки и контр-адмиралом ВМС США.

«Эта работа была полностью выполнена на Грейс, и без нее она была бы невозможна», — сказал Гхош.