우주 이야기 1240 - 인공지능이 찾은 중력 렌즈

(Pictures of gravitational lenses from the AGEL survey. The pictures are centred on the foreground galaxy and include the object name. Each panel includes the confirmed distance to the foreground galaxy (zdef) and distant background galaxy (zsrc). Credit: Kim-Vy H. Tran et al, The Astronomical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-3881/ac7da2)

천문학자들이 인공지능이 찾은 5000개의 중력렌즈 후보 가운데 상당수가 실제 중력렌즈라는 사실을 확인했습니다. 중력렌즈는 빛의 경로가 중력으로 휘어지면서 마치 렌즈처럼 멀리 떨어져 있는 천체를 크게 보여주는 현상입니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 예언되었으며 실제로 현대 천문학에서 널리 사용되는 도구입니다.

하지만 중력 렌즈는 생각보다 찾기 힘듭니다. 천문학자들이 주로 사용하는 중력 렌즈는 수백개에 지나지 않습니다. 따라서 스윔번 대학의 콜린 제이콥스 박사 (Dr. Colin Jacobs at ASTRO 3D and Swinburne University)가이끄는 연구팀은 합성곱 신경망 Convolutional Neural Networks (CNN) 방식의 머신 러닝 알고리즘을 이용해 수천만 개의 은하 이미지에서 중력 렌즈 후보를 찾도록 했습니다. 그 결과 5000개의 후보가 나왔습니다.

이 중력 렌즈 후보가 실제로 사용 가능한 중력 렌즈 후보인지 검증하기 위해 호주 뉴사우스 웨일즈 대학의 킴-비 트란 박사 (Kim-Vy Tran from ASTRO 3D and UNSW Sydney)가 이끄는 국제 천문학자 팀은 유럽 남방 천문대의 VLT와 하와이의 켁 망원경을 이용해서 77개의 중력 렌즈 후보를 관측했습니다. 그 결과 88%에 해당하는 68개에서 실제 중력 렌즈라는 사실이 확인됐습니다.

우주에는 너무나 많은 천체가 있고 이를 사람이 수작업으로 일일이 확인한다는 것은 사실 불가능에 가깝습니다. 인공지능은 지루하고 많은 시간이 걸리는 데이터 분류 시간을 획기적으로 단축하고 과학자들이 더 창의적인 연구에 집중할 수 있도록 도와줄 수 있습니다.

이번 연구는 ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3-Dimensions (ASTRO3D)와 뉴사우스 웨일즈 대학의 연구팀이 이끄는 ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL) 연구의 일부로 진행됐습니다. 앞으로 수많은 중력 렌즈를 사용해 멀리 떨어진 초기 은하에 대해서 많은 사실들을 알아낼 것으로 기대됩니다.

참고

https://phys.org/news/2022-09-dozens-newly-gravitational-lenses-reveal.html

Kim-Vy H. Tran et al, The AGEL Survey: Spectroscopic Confirmation of Strong Gravitational Lenses in the DES and DECaLS Fields Selected Using Convolutional Neural Networks, The Astronomical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-3881/ac7da2

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