Το 2013, η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος ξεκίνησε το Γαία διαστημόπλοιο. Ως διάδοχος του Hipparcos αποστολή, αυτό το διαστημικό παρατηρητήριο έχει περάσει τα τελευταία τριάμισι χρόνια συλλέγοντας δεδομένα για τον Κόσμο. Πριν αποσυρθεί κάποια στιγμή το επόμενο έτος (αν και η αποστολή θα μπορούσε να επεκταθεί), αυτές οι πληροφορίες θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του μεγαλύτερου και ακριβέστερου τρισδιάστατου αστρονομικού χάρτη που δημιουργήθηκε ποτέ.
Κατά τη διάρκεια της έρευνας του κόσμου, η Gaia αποκάλυψε επίσης μερικά πολύ ενδιαφέροντα πράγματα στην πορεία. Για παράδειγμα, μετά την εξέταση του Γαία Κατάλογος με ένα ειδικά σχεδιασμένο τεχνητό νευρωνικό δίκτυο, μια ομάδα Ευρωπαίων ερευνητών εντόπισε πρόσφατα έξι νέα αστέρια υπερ-ταχύτητας στον Γαλαξία μας. Και ένα από αυτά τα αστέρια κινείται τόσο γρήγορα που μπορεί τελικά να εγκαταλείψει τον γαλαξία μας.
Η μελέτη τους - με τίτλο «Ένα τεχνητό νευρικό δίκτυο για να ανακαλύψει τα αστέρια της υπερ-περιοχής: Οι υποψήφιοι στην Gaia DR1 / TGAS» - δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Παρουσιάστηκε στα τέλη του περασμένου μήνα στην Ευρωπαϊκή Εβδομάδα Αστρονομίας και Διαστημικής Επιστήμης, η οποία πραγματοποιήθηκε από τις 26 Ιουνίου έως τις 30 Ιουνίου στην Πράγα της Τσεχίας.
Τα αστέρια της υπερ-περιοχής είναι ένα σπάνιο και συναρπαστικό πράγμα. Ενώ όλα τα αστέρια στον Γαλαξία μας βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, σε τροχιά γύρω από το κέντρο του γαλαξία μας, μερικά επιταχύνονται σε ταχύτητες έως και εκατοντάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι έχουν συμπεράνει ότι αυτά τα γρήγορα κινούμενα αστέρια είναι το αποτέλεσμα μιας στενής αστρικής συνάντησης ή μιας έκρηξης σουπερνόβα ενός αστρικού συντρόφου.
Και λίγο πριν από μια δεκαετία, οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν μια νέα κατηγορία αστεριών υψηλής ταχύτητας που πιστεύεται ότι έχουν επιταχυνθεί από προηγούμενες αλληλεπιδράσεις με την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα (Τοξότης Α *) που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. Αυτά τα αστέρια είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη μελέτη της συνολικής δομής του Γαλαξία, καθώς είναι ενδεικτικά των ειδών των γεγονότων και των δυνάμεων που έχουν διαμορφώσει την ιστορία του.
Όπως εξήγησε η Έλενα Μαρία Ρόσι, από το Πανεπιστήμιο του Λάιντεν στις Κάτω Χώρες και ένας από τους συν-συγγραφείς της εφημερίδας:
“Αυτά είναι αστέρια που έχουν ταξιδέψει σε μεγάλες αποστάσεις μέσω του Γαλαξία αλλά μπορούν να εντοπιστούν πίσω στον πυρήνα του - μια περιοχή τόσο πυκνή και σκοτεινή από το διαστρικό αέριο και τη σκόνη που είναι συνήθως πολύ δύσκολο να παρατηρηθεί - έτσι αποδίδουν κρίσιμες πληροφορίες για το βαρυτικό πεδίο ο Γαλαξίας από το κέντρο στα περίχωρά του.“
Η εύρεση τέτοιων αστεριών δεν είναι εύκολη υπόθεση, κυρίως επειδή η ταχύτητά τους τα καθιστά εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν στον τεράστιο και γεμάτο δίσκο του Γαλαξία μας. Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες βασίστηκαν στην αναζήτηση νέων, τεράστιων αστεριών (2,5 έως 4 ηλιακών μαζών) στον παλιό αστρικό πληθυσμό του Γαλαξιακού. Βασικά, η νεαρή ηλικία και οι υψηλές μάζες είναι ενδείξεις ότι μπορεί να μην προέρχονται από εκεί.
Σε συνδυασμό με τις μετρήσεις της ταχύτητας και των διαδρομών του παρελθόντος, αυτή η μέθοδος επιβεβαίωσε την ύπαρξη αστεριών υπερπεριοχής στο παρελθόν. Ωστόσο, μόνο 20 αστέρια υπερ-ταχύτητας έχουν εντοπιστεί μέχρι σήμερα, και όλα ήταν νεαρά και μαζικά στη φύση. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι πολλά άλλα αστέρια άλλων ηλικιών και μάζας επιταχύνονται επίσης μέσω του Γαλαξία μας, αλλά προηγουμένως δεν μπορούσαν να τα εντοπίσουν.
Για να το αντιμετωπίσει αυτό, η ευρωπαϊκή ομάδα - με επικεφαλής τον Tomasso Marchetti του Πανεπιστημίου Leiden στις Κάτω Χώρες - άρχισε να εξετάζει τον τρόπο χρήσης ΓαίαΤο τεράστιο σύνολο δεδομένων για τη βελτιστοποίηση της αναζήτησης για περισσότερα αστέρια υπερ-ταχύτητας. Μετά από δοκιμή διαφόρων μεθόδων, υιοθέτησαν την τεχνητή νευρωνική καθαρή προσέγγιση - δηλαδή χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης - για αναζήτηση στα δεδομένα απογραφής αστέρι Γαία βρίσκεται στη διαδικασία συγκέντρωσης.
Ξεκινώντας από το πρώτο εξάμηνο του 2016, η ομάδα άρχισε να αναπτύσσει και να εκπαιδεύει αυτό το πρόγραμμα για να είναι έτοιμη για την πρώτη κυκλοφορία του Γαία data - που συνέβησαν λίγους μήνες αργότερα στις 14 Σεπτεμβρίου 2016. Όπως ο Tommaso Marchetti, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Leiden, περιέγραψε τη διαδικασία:
«Στο τέλος, επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα τεχνητό νευρικό δίκτυο, το οποίο είναι λογισμικό σχεδιασμένο να μιμείται τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου μας. Μετά τη σωστή «εκπαίδευση», μπορεί να μάθει πώς να αναγνωρίζει ορισμένα αντικείμενα ή μοτίβα σε ένα τεράστιο σύνολο δεδομένων. Στην περίπτωσή μας, το διδάξαμε να εντοπίζει αστέρια υπερ-ταχύτητας σε έναν αστρικό κατάλογο όπως αυτός που έχει συνταχθεί με τη Gaia. "
Εκτός από έναν χάρτη με τις θέσεις πάνω από ένα δισεκατομμύριο αστέρια, αυτή η πρώτη έκδοση δεδομένων περιλάμβανε έναν μικρότερο κατάλογο με τις αποστάσεις και τις κινήσεις για δύο εκατομμύρια αστέρια. Αυτός ο κατάλογος - ο οποίος είναι γνωστός ως Αστρομετρική Λύση Tycho-Gaia (TGAS) - συνδύασε δεδομένα και από το πρώτο έτος της Γαία αποστολή και με δεδομένα από το Hipparcos αποστολή και ουσιαστικά είναι μια γεύση από το τι θα προέλθει Γαία.
Την ημέρα της κυκλοφορίας του καταλόγου, ο Marchetti και η ομάδα του έφεραν τον αλγόριθμό τους στα δύο εκατομμύρια αστέρια στο TGAS, το οποίο αποκάλυψε μερικά ενδιαφέροντα ευρήματα. «Σε μόλις μία ώρα, ο τεχνητός εγκέφαλος είχε ήδη μειώσει το σύνολο δεδομένων σε περίπου 20.000 πιθανά αστέρια υψηλής ταχύτητας, μειώνοντας το μέγεθός του σε περίπου 1%», δήλωσε ο Rossi. "Μια περαιτέρω επιλογή που περιλαμβάνει μόνο μετρήσεις πάνω από μια συγκεκριμένη ακρίβεια σε απόσταση και κίνηση, το έφερε σε 80 υποψήφια αστέρια."
Στη συνέχεια, η ομάδα εξέτασε αυτά τα 80 αστέρια με περισσότερες λεπτομέρειες και συνέκρινε τις πληροφορίες σχετικά με τις κινήσεις τους με δεδομένα από άλλους καταλόγους. Σε συνδυασμό με πρόσθετες παρατηρήσεις, βρήκαν τελικά έξι αστέρια που φάνηκαν να κινούνται γρηγορότερα από 360 km / s. Κάποιος φάνηκε να ξεπερνά τα 500 km / s, πράγμα που σημαίνει ότι δεν δεσμεύεται πλέον από τη βαρύτητα του Γαλαξία μας και τελικά θα το αφήσουμε εντελώς.
Αλλά ίσως η σημαντική πτυχή αυτής της εύρεσης είναι το γεγονός ότι αυτά τα αστέρια δεν είναι ιδιαίτερα τεράστια όπως τα προηγούμενα 20 που είχαν ανακαλυφθεί και ήταν συγκρίσιμα σε μάζα με τον Ήλιο μας. Επιπλέον, τα 5 πιο αργά αστέρια είναι πιθανό να αποτελέσουν το επίκεντρο της μελέτης, καθώς οι επιστήμονες είναι πρόθυμοι να προσδιορίσουν τι τους επιβράδυνε. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η αλληλεπίδραση με τη σκοτεινή ύλη του γαλαξία μπορεί να ήταν υπεύθυνη.
Καθώς το TGAS ήταν απλώς μια πρώιμη ένδειξη των τεράστιων και πολύτιμων δεδομένων Γαία θα παράσχει τελικά, αυτή η μελέτη παρουσιάζει τα είδη των ανακαλύψεων και την έρευνα που θα επιτρέψουν αυτά τα δεδομένα. Με όχι μόνο 2 εκατομμύρια, αλλά ένα δισεκατομμύριο αστέρια για μελέτη, οι αστρονόμοι είναι βέβαιο ότι θα αποκαλύψουν πολλά νέα και συναρπαστικά πράγματα σχετικά με τη δυναμική του Γαλαξία μας και τα είδη των δυνάμεων που το έχουν διαμορφώσει.
Για το σκοπό αυτό, ο Marchetti και η ομάδα του αναβαθμίζουν το πρόγραμμά τους για να χειριστούν το πολύ μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων, το οποίο έχει προγραμματιστεί να κυκλοφορήσει τον Απρίλιο του 2018. Αυτός ο κατάλογος θα περιλαμβάνει απόσταση και κινήσεις για πάνω από ένα δισεκατομμύριο αστέρια, καθώς και ταχύτητες για συγκεκριμένο υποσύνολο. Από αυτό, η ομάδα μπορεί να διαπιστώσει ότι τα αστέρια που κινούνται γρήγορα από τον Γαλαξία μας είναι πολύ πιο κοινά από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Και βεβαιωθείτε ότι απολαμβάνετε αυτό το βίντεο που δείχνει τα μονοπάτια αυτών των έξι πρόσφατα ανακαλυφθέντων ταχέων αστεριών, ευγενική προσφορά του ESA:
