Meet David Chemaly from the University of Montreal!
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Despite being less massive by orders of magnitude, supermassive black holes (SMBH) have a profound impact on their host galaxy. This effect is depicted by a variety of relations, the most notable of them being the M-sigma relation which shows that the mass of a SMBH is directly proportional the mass of its host galaxy. Although we are aware of this co-relation, the science community has yet to identify its cause. One of the leading hypotheses is the co-evolution through cosmic time of the SMBH and its host galaxy.
Considering that light has a finite speed, the more distant an object is observed the further we are looking at it back in time. Therefore, measuring the mass of SMBH at high distances would allow us to prob the state of the Universe at a younger age and confirm or deny the existence of a co-evolution. Sadly, measuring the mass of a SMBH requires an extremely high spatial resolution that even our most state-of-the-art telescopes can’t achieve at these higher distances. Luckily, one way to solve this limitation is by observing SMBHs through gravitational lenses. At the price of greatly distorting the observed SMBH, these cosmic lenses will magnify it.
My work consists of training a Convolutional Neural Network (CNN) capable of measuring the mass of SMBHs at higher distances by utilising the magnification of gravitational lensing. Such a tool will allow us to better understand the evolution of SMBHs, galaxies and more broadly our Universe through cosmic time.
Example of a galaxy-galaxy strong cosmic lens. The luminous red galaxy (center of the image) has gravitationally lensed a much further blue galaxy (blue wrap). The alignment between these galaxies is so precise that the background galaxy got distorted into a horseshoe. Credit: ESA/Hubble & NASA. Exemple d’une lentille cosmique forte de type galaxie-galaxie. La galaxie rouge lumineuse (au centre de l’image) a gravitationnellement « lentillé » une galaxie bleue beaucoup plus éloignée (enveloppe bleue). L’alignement entre ces galaxies est si précis que la galaxie de fond a été déformée en fer à cheval. Crédit: ESA/Hubble & NASA
Bien qu’ils soient moins massifs de plusieurs ordres de grandeur, les trous noirs supermassifs (SMBH) ont un impact profond sur leur galaxie hôte. Cet effet est décrit par une variété de relations, la plus notable étant la relation M-sigma qui montre que la masse d’un SMBH est directement proportionnelle à la masse de sa galaxie hôte. Bien que nous soyons conscients de cette corrélation, la communauté scientifique n’a pas encore identifié sa cause. L’une des principales hypothèses est la coévolution à travers le temps cosmique du SMBH et de sa galaxie hôte.
Étant donné que la lumière a une vitesse finie, plus un objet est loin, plus nous l’observons dans le passé. Par conséquent, mesurer la masse de SMBHs à grande distance nous permettrait de sonder l’état de l’Univers à un âge plus jeune et de confirmer ou d’infirmer l’existence d’une coévolution. Malheureusement, la mesure de la masse d’un SMBH nécessite une résolution spatiale extrêmement élevée que même nos télescopes les plus modernes ne peuvent guère atteindre à ces hautes distances. Heureusement, une façon de résoudre cette limitation est d’observer les SMBHs au travers de lentilles gravitationnelles. Au prix d’une forte déformation du SMBH observé, ces lentilles cosmiques vont le magnifier.
Mon travail consiste à former un réseau de neurones convolutif (CNN) capable de mesurer la masse des SMBHs à des distances plus élevées en utilisant le grossissement des lentilles gravitationnelles. Un tel outil nous permettra de mieux comprendre l’évolution des SMBHs, des galaxies et plus largement de notre Univers à travers le temps cosmique.