В ближайшем будущем астрономы получат выгоду от наличия телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и римский космический телескоп Нэнси Грейс (RST). В то же время улучшенные методы интеллектуального анализа данных и машинного обучения также позволят астрономам получить больше от существующих инструментов. В процессе они надеются наконец-то ответить на некоторые из самых животрепещущих вопросов о космосе.

Например, исследование Dark Energy Survey (DES), международное совместное мероприятие по составлению карты космоса, недавно опубликовало результаты своего шестилетнего обзора внешней части Солнечной системы. Помимо сбора данных о сотнях известных объектов, этот обзор выявил 461 ранее неизвестный объект. Результаты этого исследования могут иметь важное значение для нашего понимания формирования и эволюции Солнечной системы.

Начиная с 2013 года DES пытается выяснить, какую роль темная энергия сыграла (и продолжает играть) в расширении и эволюции космоса.

Источник: DOE/FNAL/DECam.
Камера обзора темной энергии (DECam) в чистой комнате. Камера темной энергии была разработана специально для исследования темной энергии.

В период с 2013 по 2019 год DES использовала 4-метровый телескоп Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO) в Чили для изучения сотен миллионов галактик, сверхновых и крупномасштабной структуры Вселенной. В то время как их основная цель состоит в том, чтобы измерить ускоряющую скорость космического расширения и пространственное распределение темной материи, сотрудничество в рамках DES также сообщили об открытии отдельного направления — поиск TNO.

TNO — Транснептуновый объект (ТНО) небесное тело Солнечной системы, которое обращается по орбите вокруг Солнца, и у которого среднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна.

Их результаты были описаны в предыдущем исследовании , в котором DES Collaboration поделилась данными за первые четыре года сбора данных (Y4). Это привело к обнаружению 316 отдельных интересующих TNO и разработке новых методов машинного обучения для поиска TNO. Основываясь на этом, группа проанализировала результаты полных шести лет данных опроса DES (Y6) для TNO, хотя и с некоторыми изменениями и улучшениями.

Источник: NASA.
Иллюстрация с космическим аппаратом NASA New Horizons, столкнувшегося 1 января 2019 года с MU69, объектом пояса Койпера, который движется по орбите на 1,6 миллиарда километров за Плутоном.

Это включало принятие начальной версии конвейера TNO (той, которая использовалась для Y4), но с рядом алгоритмических изменений. Они также переработали каталог Y4 для обнаружения менее заметных объектов и увеличили количество задействованных вычислительных мощностей. В результате каталог Y6 был значительно больше, чем каталог Y4, что составляло наибольшую разницу (и сложность) между двумя обзорами. В некотором смысле, поиск Y4 был генеральной репетицией поиска Y6.

Все эти технологические разработки ставят перед DES несколько уникальных проблем, поскольку ученые, опять же, не являемся проектом Солнечной системы, поэтому нам пришлось придумать новые способы поиска этих объектов (обычно в обзорах TNO есть несколько изображений на каждый объект). Исследователи описывают эту проблему, как "найти иголку в стоге сена", совмещенную с "соединить точки" (необходимо найти 10 точек из 100 миллионов, которые соответствуют одному объекту). Так что все, что они сделали, поможет будущим проектам, которые сталкиваются с аналогичными проблемами.

Источник: NASA.
Художественная концепция транснептунового объекта (ТНО).

На этот раз Коллаборация обнаружила 461 ранее необнаруженный объект, в результате чего общее количество TNO, обнаруженных DES, достигло 777, а количество известных TNO - почти 4000. Они также получили свежие данные о многих других объектах, включая большую комету C/2014 UN271, которую доктор Бернардинелли и соавтор профессор Бернштейн обнаружили в 2014 году при изучении некоторых архивных изображений DES.

Результаты этого исследования обширны и значительны. Во-первых, астрономы давно подозревали, что население малых тел, вращающихся вокруг Нептуна, является остатками образования Солнечной системы. Более того, текущее орбитальное распределение этих объектов является результатом миграции планет-гигантов на их текущие орбиты. Во время миграции они выбросили эти объекты в транснептуновый регион.

Короче говоря, проведя перепись TNO и ограничив их орбитальную динамику, астрономы смогут по-новому взглянуть на то, как наша Солнечная система формировалась и развивалась миллиарды лет назад. Эти знания могут также дать нам представление о том, как возникают пригодные для жизни системы!