2508915

Forschung mit Software: KI findet Gravitationslinsen

20.05.2020 | 14:03 Uhr | Peter Müller

Eine internationale Forschergruppe hat hunderte neuer Gravitationslinsen mit Hilfe selbstlernender Algorithmen identifizieren können.

Einsteins Allgemeine Relativitästheorie, im Jahr 1915 veröffentlicht, legt dar, dass Masse die Raumzeit krümmen. Licht, das sich nicht geradlinig ausbreitet, sondern dem kürzesten Weg im Raum folgt (der sogenannten geodätischen Linie), folgt der Krümmung, lässt sich aus Sicht des irdischen Beobachters also ab- und umlenken. Bewiesen hat die These von gebogenem Licht die Beobachtung einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919: Die dahinterstehenden Sterne waren scheinbar an andere Positionen gerückt. Der erste Nachweis einer Gravitationslinse.

In einem viel größeren Maßstab dienen ganzen Galaxien oder gar Galaxienhaufen als Gravitationslinsen und verzerren das Licht der hinter ihnen liegenden Objekte. Dabei können Doppel- und Mehrfachbilder weit entfernter Objekte auf der Erde eintreffen und zwei oder mehr auf Film oder CCD gebannte Lichtpunkte von ein und demselben Objekt stammen. In einigen Fällen verzerren Gravitationslinsen das Licht in einer Art und Weise, dass es im Teleskop wie ein Ring um das massive Objekt wirkt.

KI auf der Suche nach den Linsen

Doch sind Gravitationslinsen relativ selten und als solche nur schwer zu identifizieren. Eine internationale Forschergruppe hat Daten aus dem vom US-Energieministerium unterstützten Experiments Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) 335 neue Kandidaten für Gravitationslinsen ermittelt, berichtet das Berkeley Lab . Die in The Astrophysical Journal veröffentlichte Studie stützt sich dabei auf selbstlernende Algorithmen, sogenannte Künstliche Intelligenz (KI). Unter anderem von Studenten darauf trainiert, welche Bilder potentielle Kandidaten zeigen und welche andere Objekte, konnte der Computer recht schnell aus dem Wust von Daten potentielle Gravitationslinsen identifizieren.

In der Regel erweist sich nur eine aus 10.000 Galaxien als Gravitationslinse, das trainierte neuronale Netz konnte aber aus der Größenordnung nur wenige Dutzend Bilder herausfiltern, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine zeigen, der Rest ist dann Sache des menschlichen Forschers.

Gravitationslinsen dienen Astrophysikern und Kosmologen wie ein "Teleskop, das so groß ist wie eine ganze Galaxie", erklärt David Schlegel vom Physik-Department des Berkeley Labs. Mit derartigen Werkzeugen will man Dunkler Materie und Dunkler Energie auf die Schliche kommen, da man den weit hinter ihnen liegenden Raum besser vermessen kann und vor allem ein Abbild des frühen Universums gewinnt.

There's no dark side of the moon – in fact it's all dark

Die Existenz Dunkler Materie und Dunkler Energie zweifelt indes eine im Februar 2020 erschienene Studie an. Diese hypothetische Materie, die nur mittels Gravitation wechselwirkt, sei nur dazu nötig, um die Größe und Zeitskala des sichtbaren Universums erklären zu können und die Bewegungen ferner Galaxien.  Die Kosmologen der Yonsei University in Seoul benötigen aber keine derartigen Annahmen, wenn sei ein anderes Alter des Alls und andere räumliche Dimensionen abschätzen. Stattdessen behaupten sie in ihrer Studie, dass Supernovae des Typs Ia in der Frühzeit des Universums anders abgelaufen sein könnten, als die Sterne der ersten Generationen nur Wasserstoff und wenig Helium enthielten – in späteren Sternen waren auch schwerere Elemente enthalten, die vorhergehende Sterne und Supernovae erbrütet hatten. Diese Supernovae des Typs Is dienen aber seit Jahrzehnten als sogenannte Standardkerzen, da ihre absolute Helligkeit immer gleich ist – anhand der gemessenen relativen Helligkeit kann man so die Entfernung der Galaxien messen, in denen die Sterne explodiert waren und den Rest der jeweiligen Galaxis für eine kurze Zeit komplett überstrahlten.

Letztlich können also Gravitationslinsen Licht in den Streit um Dunkle Materie bringen.

Macwelt Marktplatz

2508915