陈根：人工智能助力宇宙探秘，竟发现数百个强引力星系_风闻

文/陈根

广义相对论告诉我们，宇宙间的所有事物，包含没有静止质量的光子，都会受物体质量的影响，当光子经过大质量天体附近时受物体质量（引力场）的影响，其路径会产生偏转。这种光线的偏移被称为“重力透镜效应”，是广义相对论最早得到证实的现象之一。

**重力透镜效应（gravitational lensing），根据广义相对论，就是当背景光源发出的光在引力场（比如星系、星系团及黑洞）附近经过时，光线会像通过透镜一样发生弯曲。**光线弯曲的程度主要取决于引力场的强弱。分析背景光源的扭曲，可以帮助研究中间作为“透镜”的引力场的性质。根据尺度与效果的不同，引力透镜效应可以分为强引力透镜效应和弱引力透镜效应。

在宇宙学中，有2种类型的引力透镜，第一种是“弱引力透镜”，来自遥远背景的星光穿过前方的星系团，但不靠近任何特定的星系，因为引力影响较小，光线偏折较少，背景星系的形状会稍微变形。透过观察这些畸变，天文学家可以测量宇宙物质的平均密度，有助我们了解暗能量。

第二种是“强引力透镜”，这种透镜目前比较罕见。就是更强的光线偏折来自更强的引力，背景星系几乎被前方星系阻挡，这时遥远的星光会强烈扭曲，通常会变成围绕前景星系的光弧。由于畸变的程度取决于质量，因此我们可以测量该前景星系暗物质的数量，也能测量宇宙的膨胀速率。

**引力透镜是目前天体物理中最重要的研究工具和手段之一，在宇宙学、暗物质、暗能量、大尺度上的引力和系外行星探测上都发挥着巨大作用。**但由于强引力透镜效应很少见，因此很难找到足够样本调查。为了对暗物质和暗能量的测量准确性更高，我们需要研究更多有强引力透镜效应的星系。

（左）AI发现的强引力透镜星系候选者 （右）哈勃望远镜后续验证的观测

**而最近一个研究团队借助于AI在巡天数据寻找这种星系，就是借助于已知的强引力透镜星系的照片对AI进行深度学习训练。**而经过训练与学习的AI，目前已经发现了另外300多个候选的强引力透镜星系。随后天文学家们通过哈勃太空望远镜进行观察，证实了AI天文系统的观测，这其中确实有许多候选者。

从目前的使用情况来看，借助于AI来开展前期的宇宙观测探索非常有效。有关的天文学研究团队计划继续分析其他天区的数据，再找出至少 1,000 个强引力透镜星系。随着AI天文学系统的不断优化，不久的将来AI将会成为我们人类探索、了解宇宙的强有力工具。