宇宙30亿岁时是何状态？中国天文学家领衔国际团队揭秘

【本报讯】目前宇宙的年龄已有约138亿年，在其约30亿年时的演化早期是怎样的状态？

本次研究成果的艺术想象图。（图片来源：中新社）

中新社16日报道，来自中国科学院上海天文台的消息说，该台葛健研究员带领的国际团队最新发现极其稀少的107例宇宙早期星系关键探针中性碳吸收体，进一步分析研究表明，早在宇宙约30亿岁的演化早期，这些携带中性碳吸收体探针的早期星系，已经过快速物理和化学演化，进入介于大麦哲伦矮星系和银河系之间的物理和化学演化状态。

本项研究的相关研究方法与成果对探索星系如何形成和演化提供了新的研究方式，也充分显现人工智能在天文海量数据中探寻微弱信号的广泛应用潜力和前景。研究成果论文15日在国际天文学专业期刊《皇家天文学会月报》上发表。

葛健指出，研究冷气体和尘埃为天文学家们理解星系从“最初组装”到恒星形成时期的剧烈变化、再到演化后期的整个星系生命周期提供了关键手段，而想要研究冷气体和尘埃，就需要探针，中性碳吸收体是研究星系形成和演化的重要探针。不过，由于中性碳吸收线的信号微弱且极其稀少，需要在海量类星体光谱数据中寻找，如同大海捞针。

为此，国际合作研究团队通过使用人工智能的深度学习方法，设计神经网络，生成基于实际观测的中性碳吸收线特征的大量仿真样本去训练深度学习神经网络，并使用被“训练好”的深度学习神经网络在斯隆巡天三期释放的数据中搜寻中性碳吸收体，很快发现107例宇宙早期星系内的冷气体云块成分的关键探针——中性碳吸收体，这是国际上此前获得最大样本数的近两倍，并成功探测到更多比以前更微弱的信号。

葛健介绍说，找到金属吸收线的中性碳吸收体可提供一个研究星系和宇宙演化的强大工具，这些吸收体的谱线能提供有关早期星系内星际介质的化学成分和金属丰度的信息，帮助天文学家追踪化学成分的富集过程和化学演化的历史。同时，还可以追踪尘埃形成和属性，提供星系中加热和冷却气体过程的理解及如何促进分子的形成等，因此可有效追踪星系的演化过程。

研究结果表明，早在宇宙只有约30亿年的年龄时，这些携带中性碳吸收体探针的早期星系已经过快速物理和化学演化，进入介于大麦哲伦矮星系和银河系之间的物理和化学演化状态，大量的金属产生，同时部分金属被吸附到尘埃上，产生观测到的尘埃红化结果。

葛健表示，这次研究工作的突破性发现是人工智能在天文大数据领域应用的一个里程碑，该创新方法具有在多领域图像识别以及微弱信号探测中巨大的应用价值和潜力。

“在无法获得大量的实际观测数据时，我们可以通过充分认识需要搜寻的信号特征，然后人工生成具有这些特征的大量仿真信号来训练深度神经网络，这样我们就不再依赖以往有限的认知来发现宇宙新现象。这将为未来在海量的天文数据中‘挖掘’到新的信号和物理规律的大发现，提供非常有效的手段。”葛健展望说。（完）