В центре скопления галактик газ разогрет до ста миллионов градусов. Скопления галактик — это гигантские облака из сотен галактик и разреженного газа, удерживаемые вместе силой тяжести. Уже в 1930-е годы астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики в этих облаках движутся слишком быстро, словно их притягивает что-то невидимое. Позднее Вера Рубин подтвердила это открытие для отдельных галактик. Так была обнаружена тёмная материя — невидимое вещество, которое не излучает свет, но составляет около 85% всей массы. Чтобы измерить эту скрытую массу, астрономы изучают горячий газ, который ярко светится в рентгеновском диапазоне (сверхвысокоэнергичных лучах).
Каждое скопление можно представить как книгу, страницы которой — это слои газа от центра к краю. На этих страницах записаны температура, плотность и давление. Раньше учёные читали каждую страницу по отдельности, предполагая, что газ находится в полном равновесии, словно вода в спокойном стакане. Но когда скопление сталкивается с соседним, равновесие нарушается, и расчёты дают ошибку. Новая нейросеть (обучаемая компьютерная программа) работает иначе. Она читает книгу последовательно, запоминая предыдущие страницы, и потому улавливает общий сюжет. Её обучили на 16 495 виртуальных скоплениях из компьютерной симуляции (цифровой модели Вселенной). Теперь сеть берёт данные о температуре, плотности, энтропии (тепловой характеристике газа) слой за слоем и выдаёт полную массу без каких-либо предположений о спокойствии.
Точность впечатляет: ошибка составляет около 5% — вдвое лучше старых методов, которые давали сбои в турбулентных системах. Сеть проверили на реальных данных рентгеновских обзоров, включая измерения спектроскопии (анализ состава излучения) и красного смещения (сдвиг спектра из-за расширения Вселенной). Оказалось, что классический подход систематически занижал вес самых массивных скоплений примерно на 10%. Интересно, что сеть остаётся точной даже при учёте дополнительных сложных процессов, таких как обратная связь от активных ядер галактик (сверхмассивных чёрных дыр в центре).
Теперь нейросеть готова к работе с будущими масштабными обзорами, которые зафиксируют сотни тысяч скоплений. Это сделает космологию гораздо точнее: мы сможем объективно калибровать соотношения массы и наблюдаемых характеристик, а значит, лучше поймём природу тёмной материи и тёмной энергии. Так прочитана первая книга из великой библиотеки Вселенной — и её сюжет ясен настолько, что пора перевернуть страницу.
Ближайшее массивное скопление — Волос Вероники — весит как миллион миллиардов солнц, но 85% этой массы до сих пор невидимы.