V roku 2013 Európska vesmírna agentúra vypustila kozmickú loď Gaia. Ako pokračovateľ misie Hipparcos strávilo toto vesmírne observatórium posledných tri a pol roka zhromažďovaním informácií o vesmíre. Predtým, ako sa jej misia v budúcom roku skončí (aj keď by sa dala predĺžiť), získané informácie sa použijú na vytvorenie najväčšej a najpresnejšej 3D astronomickej mapy.
Gaia počas prieskumu vesmíru objavila aj niekoľko zaujímavých vecí. Napríklad po preskúmaní katalógu Gaia pomocou špeciálne navrhnutej umelej neurónovej siete našiel európsky tím vedcov nedávno v Mliečnej ceste šesť nových hviezd s vysokou rýchlosťou. A jedna z týchto hviezd sa pohybuje tak rýchlo, že by nakoniec mohla opustiť našu galaxiu.
Ich výskum s názvom Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS bol nedávno publikovaný v Mesačných oznámeniach Kráľovská astronomická spoločnosť. Koncom minulého mesiaca sa tiež predstavil na „Európskom týždni astronómie a kozmických vied“, ktorý sa konal od 26. do 30. júna v Prahe v Českej republike.
Umelecké poňatie ďalekohľadu Gaia na pozadí Mliečnej dráhy, Uznanie: ESA / ATG medialab; pozadie: ESO / S. Brunier
Hviezdy nadmernej rýchlosti sú vzácne a fascinujúce objekty. Zatiaľ čo sú všetky hviezdy v Mliečnej ceste na obežných dráhach okolo stredu našej galaxie v neustálom pohybe, niektoré z nich akcelerujú na rýchlosť stoviek kilometrov za sekundu. V minulosti astronómovia dospeli k záveru, že tieto rýchlo sa pohybujúce hviezdy sú výsledkom prechodu hviezd na malé vzdialenosti alebo supernovy od hviezdneho spoločníka.
A pred viac ako desiatimi rokmi si astronómovia uvedomili novú triedu vysokorýchlostných hviezd, o ktorých sa predpokladá, že boli urýchlené minulými interakciami so supermasívnou čiernou dierou Sagittarius A *, ktorá je v strede galaxie. Tieto hviezdy sú veľmi dôležité pre štúdium všeobecnej štruktúry Mliečnej dráhy, pretože naznačujú konkrétne typy udalostí a síl, ktoré formovali ich históriu.
Ako v tlačovej správe ESA vysvetlila Elena Maria Rossi z holandskej univerzity v Leidene, ktorá je jednou z autoriek článku:
"Sú to hviezdy, ktoré prešli obrovskou vzdialenosťou cez Galaxiu, ale dá sa vystopovať až k ich jadru - oblasti tak hustej a zastretej medzihviezdnym plynom a prachom, ktorú je zvyčajne veľmi ťažké pozorovať - takže nám poskytujú dôležité informácie o gravitačnom poli Mliečnej dráhy." z centra na jeho okraj. “
Propagačné video:
Umelecké poňatie hviezd rútiacich sa galaxiou. Poďakovanie: Európska vesmírna agentúra
Nájsť také hviezdy nie je ľahká úloha, z veľkej časti preto, lebo vďaka ich rýchlosti je nesmierne ťažké ich odhaliť na obrovskom a preplnenom disku Mliečnej dráhy. Vo výsledku sa vedci spoliehali na mladé hmotné hviezdy (od 2,5 do 4 slnečných hmotností) v starej hviezdnej populácii Galaxie. Ich mladý vek a veľká hmotnosť sú v zásade indikátormi, že tam nemôžu vzniknúť.
V kombinácii s meraniami ich minulých rýchlostí a dráh táto metóda potvrdila prítomnosť hyperrýchlych hviezd v minulosti. Vedci však zatiaľ našli iba 20 hviezd s vysokou rýchlosťou a všetky boli mladé a masívne. Vedci sa domnievajú, že Mliečnou dráhou sa pohybuje oveľa viac hviezd iných vekových skupín a hmotností takými vysokými rýchlosťami, ale predtým ich nebolo možné zistiť.
Pri riešení tohto problému začal európsky výskumný tím vedený Tomasso Marchetti z holandskej univerzity v Leidene uvažovať o tom, ako využiť rozsiahly súbor údajov Gaie na optimalizáciu vyhľadávania hviezd s vysokou rýchlosťou. Po vyskúšaní rôznych metód prispôsobili na tieto účely neutrónovú sieť, to znamená, že pri vyhľadávaní údajov hviezdnej sčítania Gaia počas procesu zhromažďovania použili algoritmus strojového učenia.
Od prvej polovice roku 2016 začal tím vyvíjať a trénovať tento program v rámci prípravy na prvé vydanie dát Gaia, ku ktorému došlo o niekoľko mesiacov neskôr, 14. septembra 2016. Absolvent univerzity v Leidene Tomasso Marchetti opísal postup nasledovne:
„Nakoniec sme sa rozhodli použiť sieť umelých neutrónov - softvér určený na simuláciu fungovania nášho mozgu. Vďaka správnemu „tréningu“sa môže naučiť rozpoznávať určité objekty alebo vzory v obrovskej množine údajov. V našom prípade sme ju trénovali, aby hľadala hviezdy s vysokou rýchlosťou v hviezdnom katalógu, aký zostavila Gaia.
Umelecké znázornenie hviezdy s vysokou rýchlosťou, ktorú objavil veľmi veľký ďalekohľad ESO. Poďakovanie: Európske južné observatórium
Okrem mapy s polohami viac ako miliardy hviezd boli prvými údajmi malý katalóg vzdialeností a pohybov dvoch miliónov hviezd. Tento katalóg s názvom „Astrometrické riešenie Tycho-Gaia (TGAS)“kombinoval údaje z misií Gaia a Hipparcos.
V deň publikovania katalógu Marchetti a jeho tím spustili algoritmus na dvoch miliónoch hviezd v rámci TGAS, čo viedlo k zaujímavým zisteniam. „Iba za hodinu umelý mozog už znížil súbor údajov na 20 000 potenciálnych vysokorýchlostných hviezd, a to až na 1%,“uviedol Rossi. „Ďalší výber, ktorý zahŕňal iba vzdialenosť a pohyb s určitou presnosťou merania, priniesol až 80 kandidátov.“
Tím potom podrobnejšie študoval týchto 80 hviezd a porovnal ich pohybové informácie s údajmi z iných katalógov. V kombinácii s ďalšími pozorovaniami nakoniec našli šesť hviezd, ktoré sa zdajú pohybovať rýchlejšie ako 360 km / s. Jeden z nich má dokonca rýchlosť cez 500 km / s, čo znamená, že už nie je viazaný gravitáciou našej Mliečnej dráhy a nakoniec ju opustí.
Ale asi najdôležitejším aspektom tohto nálezu je, že tieto hviezdy nie sú nijako zvlášť hmotné, ako predošlých 20, ktorých hmotnosť bola porovnateľná s hmotnosťou nášho Slnka. Okrem toho sa pravdepodobne 5 pomalších hviezd stane stredobodom celej štúdie, pretože vedci chcú určiť, čo ich drží späť. Jedným z možných vysvetlení je, že za túto interakciu je zodpovedná tmavá hmota v galaxii.
Prvá obloha na oblohe v Gaii. Poďakovanie: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho a spol. M. Barros (CENTRA - Lisabonská univerzita), v mene DPAC
Pretože TGAS bol v mnohých ohľadoch iba malou časťou rozsiahlych a cenných údajov Gaie, táto štúdia ukazuje druh výskumných objavov, ktoré budú možné. Vďaka údajom o miliardách hviezd astronómovia určite objavia nové a úžasné poznatky o dynamike našej Mliečnej dráhy a silách, ktoré ju vytvorili.
Za týmto účelom Marchetti a jeho tím zdokonaľujú svoj program na spracovanie oveľa väčšieho súboru údajov, ktorého vydanie sa očakáva v apríli 2018. Tento katalóg bude obsahovať vzdialenosti a pohyby pre viac ako miliardu hviezd, ako aj rýchlosti pre podmnožinu. Z neho sa tím dozvedel, že rýchlo sa pohybujúce hviezdy v Mliečnej ceste sú oveľa bežnejšie, ako sa doteraz myslelo.
A určite sledujte toto video ukazujúce trajektórie týchto novoobjavených rýchlo sa pohybujúcich hviezd z ESA: