近日，由中國科學(xué)院上海天文臺(tái)葛健研究員帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)通過人工智能的深度學(xué)習(xí)方法對(duì)國際斯隆巡天三期釋放的類星體光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了微弱信號(hào)搜尋和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了極其稀少的107例宇宙早期星系內(nèi)的冷氣體云塊成分的關(guān)鍵探針中性碳吸收體。

研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)，早在宇宙約30億年的演化早期（目前宇宙的年齡已有約138億年），這些攜帶了中性碳吸收體探針的早期星系已經(jīng)過了快速物理和化學(xué)演化，進(jìn)入介于大麥哲倫矮星系和銀河系之間的物理和化學(xué)演化狀態(tài)。相關(guān)研究成果于2024年5月15日發(fā)表在國際天文學(xué)期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》上。

研究冷氣體和塵埃對(duì)理解星系形成和演化至關(guān)重要。冷氣體主要由分子和原子形態(tài)的氫組成，是恒星形成的原料。通過觀察這些冷氣體成分，天文學(xué)家可以追蹤恒星的“燃料”，并理解星系如何隨時(shí)間積累物質(zhì)。盡管塵埃在星系總質(zhì)量中只占很小一部分，但它在星際介質(zhì)中卻發(fā)揮著重要作用，通過吸收、散射和重新輻射恒星光，影響星際介質(zhì)的熱平衡和化學(xué)性質(zhì)。因此，研究冷氣體和塵埃為天文學(xué)家們理解星系從“最初組裝”到恒星形成時(shí)期的劇烈變化，再到演化后期的整個(gè)星系生命周期提供了關(guān)鍵手段。

而想要研究冷氣體和塵埃，就需要探針。作為研究星系形成和演化的重要探針，中性碳吸收體非常微弱且極其稀少，需要在海量的類星體光譜數(shù)據(jù)中才能找到，這就如同大海撈針。使用傳統(tǒng)的搜尋方法需要耗費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)找到的假信號(hào)也會(huì)多，又很容易漏掉一些微弱信號(hào)。

研究團(tuán)隊(duì)使用人工智能的深度學(xué)習(xí)方法，獲得的中性碳吸收體樣本是此前最大樣本數(shù)近兩倍之多，并且成功探測到了更多比以前更微弱的信號(hào)。

此次研究發(fā)現(xiàn)獨(dú)立驗(yàn)證了近期詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在宇宙最早的恒星中探測到類似鉆石的碳?jí)m埃的新發(fā)現(xiàn)，預(yù)示部分星系的演化比預(yù)期要快得多，挑戰(zhàn)現(xiàn)有的星系形成和演化模型。

葛健表示：“要想使用人工智能在海量天文數(shù)據(jù)中‘挖’到重大新發(fā)現(xiàn)，需要發(fā)展創(chuàng)新的人工智能算法，使之能‘快準(zhǔn)狠’地探尋到這些很難在傳統(tǒng)方式下找到的稀少而微弱的信號(hào)。”