I 2013 lancerede Den Europæiske Rumorganisation Gaia-rumfartøjet. Som efterfølgeren til Hipparcos-missionen har dette rumobservatorium brugt de sidste tre og et halvt år på at indsamle oplysninger om rummet. Inden dets mission slutter næste år (selvom den muligvis udvides), vil de opnåede oplysninger blive brugt til at opbygge det største og mest nøjagtige 3D-astronomiske kort.
Under rumundersøgelsen opdagede Gaia også flere interessante ting. For eksempel, efter at have udforsket Gaia-kataloget med et specielt designet kunstigt neuralt netværk, fandt et europæisk forskergruppe for nylig seks nye hyperspeed-stjerner i Mælkevejen. Og en af disse stjerner bevæger sig så hurtigt, at den til sidst kan forlade vores galakse.
Deres forskning med titlen An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS, blev for nylig offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Det blev også præsenteret i slutningen af sidste måned på "European Week of Astronomy and Space Sciences", der blev afholdt 26. til 30. juni i Prag, Tjekkiet.
Kunstnerisk koncept af Gaia-teleskopet på baggrund af Mælkevejen, kredit: ESA / ATG medialab; baggrund: ESO / S. Brunier
Hypervelocity-stjerner er sjældne og fascinerende objekter. Mens alle stjernerne i Mælkevejen er i konstant bevægelse i kredsløb omkring midten af vores galakse, accelererer nogle af dem til hastigheder på hundreder af kilometer i sekundet. Tidligere har astronomer konkluderet, at disse hurtigt bevægende stjerner er resultatet af passage af stjerner i tæt afstand eller en supernova fra en stjernekammerat.
Og for lidt over ti år siden blev astronomer opmærksomme på en ny klasse af højhastighedsstjerner, der menes at være blevet fremskyndet fra tidligere interaktioner med det supermassive sorte hul Skytten A *, som er i centrum af galaksen. Disse stjerner er meget vigtige for at studere Mælkevejens generelle struktur, da de angiver de specifikke typer begivenheder og kræfter, der har formet deres historie.
Som Elena Maria Rossi fra Leiden University i Holland, som er en af forfatterne til artiklen, forklarede i en ESA-pressemeddelelse:
”Dette er stjerner, der har rejst enorme afstande gennem galaksen, men kan spores til dens kerne - et område, der er så tæt og tilsløret af interstellær gas og støv, at det normalt er meget vanskeligt at observere - så de giver os vigtig information om mælkevejens tyngdefelt fra centrum til dets udkant."
Salgsfremmende video:
Kunstnerisk begreb med stjerner, der kører gennem galaksen. Kredit: Den Europæiske Rumorganisation
At finde sådanne stjerner er ikke en let opgave, for det meste fordi deres hastighed gør dem ekstremt vanskelige at opdage på den enorme og overfyldte disk på Mælkevejen. Som et resultat har forskere stole på unge massive stjerner (fra 2,5 til 4 solmasser) i den gamle stjernepopulation i Galaxy. Dybest set er deres unge alder og store masse indikatorer for, at de ikke kan opstå der.
Kombineret med målinger af deres tidligere hastigheder og baner bekræftede denne metode tilstedeværelsen af hyperspeed-stjerner i fortiden. Indtil videre har forskere kun fundet 20 hyperspeed-stjerner, og de var alle unge og massive. Forskere mener, at mange flere stjerner i andre aldre og masser bevæger sig gennem Mælkevejen i så høje hastigheder, men de kunne ikke detekteres før.
For at tackle dette problem begyndte et europæisk forskergruppe ledet af Tomasso Marchetti fra Leiden University i Holland at overveje, hvordan man bruger Gaias store datasæt til at optimere søgninger efter hyperspeed-stjerner. Efter at have testet forskellige metoder tilpassede de et neutronnetværk til disse formål, dvs. de brugte en maskinlæringsalgoritme til at søge i Gaia-stjernetællingsdata under indsamlingsprocessen.
Begyndende i første halvdel af 2016 begyndte holdet at udvikle og træne dette program som forberedelse til den første Gaia-dataudgivelse, der skete et par måneder senere, den 14. september 2016. Leiden University kandidatstuderende Tomasso Marchetti beskrev processen som følger:
”Til sidst besluttede vi at bruge et kunstigt neutronnetværk - software designet til at simulere, hvordan vores hjerner fungerer. Med den rigtige "træning" kan den lære at genkende bestemte objekter eller mønstre i et stort datasæt. I vores tilfælde trænede vi hende til at lede efter hyperspeed-stjerner i et stjernekatalog, som den der er udarbejdet af Gaia.
Kunstnerisk fremstilling af en hyperspeed-stjerne, der blev opdaget af ESO's Very Large Telescope. Kredit: European Southern Observatory
Ud over et kort med placeringen af over en milliard stjerner, inkluderede de første data et lille katalog over afstandene og bevægelserne på to millioner stjerner. Dette katalog med titlen "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)" kombinerede data fra Gaia- og Hipparcos-missionerne.
Den dag, kataloget blev offentliggjort, kørte Marchetti og hans team en algoritme på to millioner stjerner inden for TGAS, hvilket førte til interessante fund. "På bare en time har den kunstige hjerne allerede reduceret datasættet til 20.000 potentielle højhastighedsstjerner ned til 1%," sagde Rossi. "Yderligere valg, inklusive kun afstand og bevægelse med en vis målenøjagtighed, bragte så mange som 80 kandidatstjerner."
Holdet studerede derefter disse 80 stjerner mere detaljeret og sammenlignede deres bevægelsesoplysninger med data fra andre kataloger. Kombineret med yderligere observationer fandt de til sidst seks stjerner, der ser ud til at bevæge sig hurtigere end 360 km / s. En af dem har endda en hastighed på over 500 km / s, hvilket betyder, at den ikke længere er bundet af tyngdekraften i vores Mælkevej og i sidste ende vil forlade den.
Men måske det vigtigste aspekt af dette fund er, at disse stjerner ikke er særlig massive, ligesom de tidligere 20, hvis masse var sammenlignelig med vores Sols. Derudover vil de 5 langsommere stjerner sandsynligvis blive fokus for hele undersøgelsen, da forskere vil bestemme, hvad der holder dem tilbage. En mulig forklaring er, at mørkt stof i galaksen er ansvarlig for denne interaktion.
Gaias første himmelkort. Kredit: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Lissabon-universitetet) på vegne af DPAC
Da TGAS på mange måder kun var en lille brøkdel af Gaias enorme og værdifulde data, viser denne undersøgelse den slags forskningsopdagelser, der vil være mulige. Med data om milliarder af stjerner vil astronomer helt sikkert opdage forbløffende ny viden om dynamikken i vores Mælkevej og de kræfter, der skabte den.
Til dette formål forbedrer Marchetti og hans team deres program til at håndtere det meget større datasæt, som forventes frigivet i april 2018. Dette katalog inkluderer afstande og bevægelser for over en milliard stjerner samt hastigheder for en bestemt delmængde. Fra det lærer holdet, at stjerner i hurtig bevægelse i Mælkevejen er meget mere almindelige end tidligere antaget.
Og sørg for at se denne video, der viser banerne for disse nyopdagede hurtige stjerner fra ESA: