I 2013 lanserte den europeiske romfartsorganisasjonen Gaia-romfartøyet. Som etterfølgeren til Hipparcos-oppdraget har dette romobservatoriet brukt de siste tre og et halvt år på å samle inn informasjon om verdensrommet. Før oppdraget slutter neste år (selv om det kan utvides), vil den innhentede informasjonen bli brukt til å bygge det største og mest nøyaktige 3D-astronomiske kartet.
Under romundersøkelsen oppdaget Gaia også flere interessante ting. For eksempel, etter å ha utforsket Gaia-katalogen med et spesialdesignet kunstig nevralt nettverk, fant et europeisk team av forskere nylig seks nye hyperspeed-stjerner i Melkeveien. Og en av disse stjernene beveger seg så fort at den til slutt kan forlate galaksen vår.
Deres forskning, med tittelen “An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS”, ble nylig publisert i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Den ble også presentert i slutten av forrige måned på "European Week of Astronomy and Space Sciences", som ble avholdt 26. til 30. juni i Praha, Tsjekkia.
Kunstnerisk konsept av Gaia-teleskopet på bakgrunn av Melkeveien, Kreditt: ESA / ATG medialab; bakgrunn: ESO / S. Brunier
Hypervelocity-stjerner er sjeldne og fascinerende gjenstander. Mens alle stjernene i Melkeveien er i konstant bevegelse i baner rundt sentrum av vår galakse, akselererer noen av dem til hastigheter på hundrevis av kilometer per sekund. Tidligere har astronomer konkludert med at disse stjernene i rask bevegelse er et resultat av passering av stjerner nær hverandre eller en supernova av en stjernekammerat.
Og for litt over et tiår siden ble astronomer oppmerksomme på en ny klasse med høyhastighetsstjerner som antas å ha blitt akselerert fra tidligere interaksjoner med det supermassive sorte hullet Skytten A *, som ligger i sentrum av galaksen. Disse stjernene er veldig viktige for å studere den generelle strukturen til Melkeveien, da de indikerer de spesifikke typer hendelser og krefter som har formet deres historie.
Som Elena Maria Rossi fra Leiden University i Nederland, som er en av forfatterne av artikkelen, forklarte i en ESA-pressemelding:
“Dette er stjerner som har reist enorme avstander gjennom galaksen, men som kan spores til kjernen - et område som er så tett og tildekket av interstellær gass og støv at det vanligvis er veldig vanskelig å observere - slik at de gir oss viktig informasjon om gravitasjonsfeltet til Melkeveien fra sentrum til utkanten."
Kampanjevideo:
Kunstnerisk konsept med stjerner som suser gjennom galaksen. Kreditt: European Space Agency
Å finne slike stjerner er ikke en lett oppgave, for det meste fordi hastigheten gjør dem ekstremt vanskelige å oppdage på den enorme og overfylte disken på Melkeveien. Som et resultat har forskere stolt på unge massive stjerner (2,5 til 4 solmasser) i den gamle stjernepopulasjonen i Galaxy. I utgangspunktet er deres unge alder og store masse indikatorer for at de ikke kan oppstå der.
Kombinert med målinger av tidligere hastigheter og baner, bekreftet denne metoden tilstedeværelsen av hyperhastighetsstjerner tidligere. Så langt har forskere imidlertid funnet bare 20 hyperspeed-stjerner, og de var alle unge og massive. Forskere mener at mange flere stjerner i andre aldre og masser beveger seg gjennom Melkeveien i så høye hastigheter, men de kunne ikke oppdages før.
For å takle dette problemet begynte et europeisk team av forskere ledet av Tomasso Marchetti fra Leiden University i Nederland å vurdere hvordan man bruker Gaias enorme datasett for å optimalisere søk etter hyperspeed-stjerner. Etter å ha testet forskjellige metoder, tilpasset de et nøytronnettverk for disse formålene, det vil si at de brukte en maskinlæringsalgoritme for å søke i Gaia-stjernetellingen under samlingsprosessen.
Begynnelsen i første halvdel av 2016 begynte teamet å utvikle og trene dette programmet som forberedelse til den første Gaia-datautgivelsen, som skjedde noen måneder senere, 14. september 2016. Leiden University-kandidatstudent Tomasso Marchetti beskrev prosessen slik:
”Til slutt bestemte vi oss for å bruke et kunstig nøytronnettverk - programvare designet for å simulere hvordan hjernen vår fungerer. Med riktig "trening" kan den lære å gjenkjenne bestemte objekter eller mønstre i et stort datasett. I vårt tilfelle trente vi henne til å lete etter hyperspeed-stjerner i en stjernekatalog, som den som Gaia har samlet.
Kunstnerisk fremstilling av en hyperspeed-stjerne som ble oppdaget av ESOs Very Large Telescope. Kreditt: European Southern Observatory
I tillegg til et kart med plassering av over en milliard stjerner, inkluderte de første dataene en liten katalog over avstandene og bevegelsene til to millioner stjerner. Denne katalogen, med tittelen "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)", kombinerte data fra Gaia- og Hipparcos-oppdragene.
Den dagen katalogen ble publisert, kjørte Marchetti og teamet hans en algoritme på to millioner stjerner i TGAS, noe som førte til interessante funn. "På bare en time har den kunstige hjernen allerede redusert datasettet til 20 000 potensielle høyhastighetsstjerner, ned til 1%," sa Rossi. "Ytterligere valg, inkludert bare avstand og bevegelse med en viss målenøyaktighet, førte inn så mange som 80 kandidatstjerner."
Teamet studerte deretter disse 80 stjernene mer detaljert og sammenlignet bevegelsesinformasjonen med data fra andre kataloger. Kombinert med ytterligere observasjoner fant de til slutt seks stjerner som ser ut til å bevege seg raskere enn 360 km / s. En av dem har til og med en hastighet på over 500 km / s, noe som betyr at den ikke lenger er bundet av tyngdekraften til vår Melkevei og til slutt vil forlate den.
Men det viktigste aspektet ved dette funnet er kanskje at disse stjernene ikke er spesielt massive, i likhet med de forrige 20, hvis masse var sammenlignbar med solens. I tillegg vil de 5 tregere stjernene sannsynligvis bli fokus for hele studien, ettersom forskere vil finne ut hva som holder dem tilbake. En mulig forklaring er at mørk materie i galaksen er ansvarlig for denne interaksjonen.
Gaias første himmelkart. Kreditt: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universitetet i Lisboa), på vegne av DPAC
Siden TGAS på mange måter bare var en liten brøkdel av Gaias enorme og verdifulle data, viser denne studien hva slags forskningsfunn som vil være mulig. Med data om milliarder stjerner vil astronomer helt sikkert oppdage utrolig ny kunnskap om dynamikken til Melkeveien vår og kreftene som skapte den.
For dette formål forbedrer Marchetti og teamet programvaren sin for å håndtere det mye større datasettet, som forventes å bli utgitt i april 2018. Denne katalogen inkluderer avstander og bevegelser for over en milliard stjerner, samt hastigheter for en delmengde. Fra det lærer teamet at raskt bevegelige stjerner i Melkeveien er mye vanligere enn tidligere antatt.
Og husk å se denne videoen som viser banene til disse nylig oppdagede raskt bevegelige stjernene fra ESA:
