In 2013 lanceerde de European Space Agency de Gaia ruimtevaartuig. Als opvolger van de Hipparcos missie, heeft dit ruimteobservatorium de afgelopen drie en een half jaar gegevens over de kosmos verzameld. Voordat het ergens volgend jaar met pensioen gaat (hoewel de missie zou kunnen worden verlengd), zal deze informatie worden gebruikt om de grootste en meest nauwkeurige 3D-astronomische kaart ooit te maken.
Tijdens het onderzoeken van de kosmos heeft Gaia onderweg ook een aantal zeer interessante dingen onthuld. Bijvoorbeeld na onderzoek van de Gaia catalogus met een speciaal ontworpen kunstmatig neuraal netwerk, ontdekte een team van Europese onderzoekers onlangs zes nieuwe hypervelocity-sterren in de Melkweg. En een van deze sterren beweegt zo snel dat hij uiteindelijk onze melkweg kan verlaten.
Hun studie - getiteld "An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS" - werd onlangs gepubliceerd in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. Het werd eind vorige maand gepresenteerd tijdens de European Week of Astronomy and Space Science, die werd gehouden van 26 juni tot 30 juni in Praag, Tsjechië.
Hypervelocity-sterren zijn een zeldzaam en fascinerend iets. Terwijl alle sterren in de Melkweg constant in beweging zijn en rond het centrum van ons sterrenstelsel cirkelen, worden sommige versneld tot snelheden tot honderden kilometers per seconde. In het verleden hebben astronomen afgeleid dat deze snel bewegende sterren het resultaat zijn van een ontmoeting van dichtbij door de sterren of een supernova-explosie van een sterrengenoot.
En iets meer dan tien jaar geleden werden astronomen zich bewust van een nieuwe klasse van hogesnelheidssterren waarvan wordt aangenomen dat ze zijn versneld door eerdere interacties met het superzware zwarte gat (Boogschutter A *) dat zich in het centrum van ons sterrenstelsel bevindt. Deze sterren zijn uiterst belangrijk voor de studie van de algehele structuur van de Melkweg, omdat ze indicatief zijn voor het soort gebeurtenissen en krachten die de geschiedenis ervan hebben gevormd.
Zoals Elena Maria Rossi, van de Universiteit Leiden in Nederland en een van de co-auteurs op het papier, verklaarde in een ESA-persbericht:
“Dit zijn sterren die grote afstanden door de Melkweg hebben afgelegd, maar terug te voeren zijn tot in de kern - een gebied dat zo dicht en verduisterd is door interstellair gas en stof dat het normaal gesproken erg moeilijk is om te observeren - dus ze leveren cruciale informatie op over het zwaartekrachtveld van de Melkweg van het centrum naar de buitenwijken.“
Het vinden van zulke sterren is geen gemakkelijke taak, vooral omdat ze door hun snelheid extreem moeilijk te zien zijn in de uitgestrekte en overvolle schijf van de Melkweg. Dientengevolge, hebben wetenschappers vertrouwd op het zoeken naar jonge, massieve sterren (2,5 tot 4 zonsmassa's) in de oude stellaire populatie van de Galactische. Kortom, hun jonge leeftijd en hoge massa's zijn indicaties dat ze daar misschien niet zijn ontstaan.
Gecombineerd met metingen van hun eerdere snelheden en paden, heeft deze methode het bestaan van hypervelocity-sterren in het verleden bevestigd. Er zijn tot nu toe echter slechts 20 hypervelocity-sterren gespot en ze zijn allemaal jong en massief van aard. Wetenschappers zijn van mening dat veel meer sterren van andere leeftijden en massa's ook via de Melkweg worden versneld, maar eerder niet konden worden opgemerkt.
Om dit aan te pakken, begon het Europese team - onder leiding van Tomasso Marchetti van de Universiteit Leiden in Nederland - na te denken over het gebruik Gaia‘S enorme dataset om de zoektocht naar meer hypervelocity-sterren te optimaliseren. Na het testen van verschillende methoden, gebruikten ze de kunstmatige neurale netbenadering - d.w.z. met behulp van een machine learning-algoritme - om door de sterrencensusgegevens te zoeken Gaia is bezig zich te verzamelen.
Vanaf de eerste helft van 2016 begon het team met het ontwikkelen en trainen van dit programma om klaar te zijn voor de eerste release van Gaia data - die een paar maanden later plaatsvonden op 14 september 2016. Zoals Tommaso Marchetti, een promovendus aan de Universiteit Leiden, het proces beschreef:
“Uiteindelijk hebben we ervoor gekozen om een kunstmatig neuraal netwerk te gebruiken, software die is ontworpen om na te bootsen hoe onze hersenen werken. Na een goede 'training' kan het leren hoe hij bepaalde objecten of patronen in een enorme dataset kan herkennen. In ons geval hebben we het geleerd om hypervelocity-sterren te herkennen in een stellaire catalogus zoals die met Gaia. ”
Naast een kaart met de posities van meer dan een miljard sterren, bevatte deze eerste dataversie een kleinere catalogus met de afstanden en bewegingen voor twee miljoen sterren. Deze catalogus - die bekend staat als de Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) - combineerde gegevens van zowel het eerste jaar van de Gaia missie en met gegevens van de Hipparcos missie, en is in wezen een voorproefje van waar het vandaan moet komen Gaia.
Op de dag van de release van de catalogus hebben Marchetti en zijn team hun algoritme uitgevoerd op de twee miljoen sterren binnen de TGAS, wat een aantal interessante vondsten opleverde. "In slechts een uur had het kunstmatige brein de dataset al teruggebracht tot ongeveer 20.000 potentiële hogesnelheidssterren, waardoor de omvang ervan was teruggebracht tot ongeveer 1%," zei Rossi. "Een verdere selectie met alleen metingen boven een bepaalde precisie in afstand en beweging bracht dit op 80 kandidaat-sterren."
Het team onderzocht deze 80 sterren vervolgens in meer detail en vergeleek de informatie over hun bewegingen met gegevens uit andere catalogi. In combinatie met aanvullende waarnemingen vonden ze uiteindelijk zes sterren die sneller leken te bewegen dan 360 km / s. Eén bleek zelfs de 500 km / s te overschrijden, wat betekent dat het niet langer gebonden is aan de zwaartekracht van onze Melkweg en het uiteindelijk helemaal zal verlaten.
Maar misschien is het zeer belangrijke aspect van deze vondst het feit dat deze sterren niet bijzonder massief zijn zoals de vorige 20 die waren ontdekt, en in massa vergelijkbaar waren met onze zon. Bovendien zullen de 5 langzamere sterren waarschijnlijk een brandpunt van studie worden, omdat wetenschappers graag willen bepalen wat ze heeft vertraagd. Een mogelijke verklaring is dat interactie met de donkere materie van de melkweg verantwoordelijk zou kunnen zijn geweest.
Net zoals de TGAS slechts een vroege indicatie was van de enorme en waardevolle gegevens Gaia uiteindelijk zal opleveren, toont deze studie de soorten ontdekkingen en onderzoek die deze gegevens mogelijk zullen maken. Door niet alleen 2 miljoen, maar een miljard sterren te bestuderen, zullen astronomen zeker veel nieuwe en opwindende dingen onthullen over de dynamiek van onze Melkweg en de soorten krachten die deze hebben gevormd.
Hiervoor upgraden Marchetti en zijn team hun programma om de veel grotere dataset aan te kunnen, die naar verwachting in april 2018 wordt uitgebracht. Deze catalogus zal afstand en bewegingen voor meer dan een miljard sterren bevatten, evenals snelheden voor een specifieke subset. Hieruit kan het team merken dat snel bewegende sterren die uit de Melkweg worden opgestart veel vaker voorkomen dan eerder werd gedacht.
En zorg ervoor dat je geniet van deze video die de paden toont van deze zes nieuw ontdekte snel bewegende sterren, met dank aan de ESA:
