In 2013 lanceerde de European Space Agency het ruimtevaartuig Gaia. Als opvolger van de Hipparcos-missie heeft dit ruimteobservatorium de afgelopen drie en een half jaar informatie over de ruimte verzameld. Voordat zijn missie volgend jaar ten einde loopt (hoewel deze kan worden verlengd), zal de ontvangen informatie worden gebruikt om de grootste en meest nauwkeurige astronomische 3D-kaart te bouwen.
Tijdens het ruimteonderzoek ontdekte Gaia ook verschillende interessante dingen. Na het verkennen van de Gaia-catalogus met een speciaal ontworpen kunstmatig neuraal netwerk, vond een Europees team van onderzoekers onlangs zes nieuwe hyperspeedsterren in de Melkweg. En een van deze sterren beweegt zo snel dat hij uiteindelijk onze melkweg kan verlaten.
Hun onderzoek, getiteld "An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS", werd onlangs gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Het werd eind vorige maand ook gepresenteerd tijdens de "Europese Week van Astronomie en Ruimtewetenschappen", die van 26 tot 30 juni werd gehouden in Praag, Tsjechië.
Artistiek concept van de Gaia-telescoop tegen de achtergrond van de Melkweg, Credit: ESA / ATG medialab; achtergrond: ESO / S. Brunier
Hypervelocity-sterren zijn zeldzame en fascinerende objecten. Hoewel alle sterren in de Melkweg constant in banen rond het centrum van ons sterrenstelsel bewegen, versnellen sommige van hen tot snelheden van honderden kilometers per seconde. In het verleden hebben astronomen geconcludeerd dat deze snel bewegende sterren het resultaat zijn van de passage van sterren op korte afstand of een supernova van een stellaire metgezel.
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 de melkweg bevindt. Deze sterren zijn erg belangrijk voor het bestuderen van de algemene structuur van de Melkweg, omdat ze de specifieke soorten gebeurtenissen en krachten aangeven die hun geschiedenis hebben gevormd.
Zoals Elena Maria Rossi van de Universiteit Leiden in Nederland, een van de auteurs van het artikel, in een persbericht van ESA uitlegde:
"Dit zijn sterren die enorme afstanden door de Melkweg hebben afgelegd, maar die tot in de kern kunnen worden herleid - een gebied dat zo dicht en verduisterd is door interstellair gas en stof dat het meestal erg moeilijk te observeren is - zodat ze ons belangrijke informatie geven over het zwaartekrachtveld van de Melkweg. van het centrum naar de rand."
Promotie video:
Artistiek concept van sterren die door de melkweg racen. Krediet: European Space Agency
Het vinden van dergelijke sterren is geen gemakkelijke taak, voor een groot deel omdat ze door hun snelheid buitengewoon moeilijk te detecteren zijn in de enorme en overvolle schijf van de Melkweg. Als resultaat hebben wetenschappers vertrouwd op jonge massieve sterren (van 2,5 tot 4 zonsmassa's) in de oude sterrenpopulatie van de Melkweg. Kortom, hun jonge leeftijd en grote massa zijn indicatoren dat ze daar niet kunnen ontstaan.
Gecombineerd met metingen van hun vroegere snelheden en trajecten, bevestigde deze methode de aanwezigheid van hypersnelheidsterren in het verleden. Tot nu toe hebben wetenschappers echter slechts 20 hypersnelheidsterren gevonden, en ze waren allemaal jong en enorm. Wetenschappers geloven dat veel meer sterren van andere leeftijden en massa's met zulke hoge snelheden door de Melkweg bewegen, maar ze konden niet eerder worden gedetecteerd.
Om dit probleem aan te pakken, begon een Europees team van onderzoekers onder leiding van Tomasso Marchetti van de Universiteit Leiden in Nederland na te denken over het gebruik van de uitgebreide dataset van Gaia om zoekopdrachten naar hyperspeedsterren te optimaliseren. Na het testen van verschillende methoden, pasten ze het neutronennetwerk aan voor deze doeleinden, dat wil zeggen dat ze een machine learning-algoritme gebruikten om de Gaia-stellaire censusgegevens te doorzoeken tijdens het verzamelproces.
Beginnend in de eerste helft van 2016, begon het team met de ontwikkeling en training van dit programma ter voorbereiding op de eerste Gaia-gegevensrelease, die een paar maanden later plaatsvond, op 14 september 2016. De Leidse afgestudeerde student Tomasso Marchetti omschreef het proces als volgt:
“Uiteindelijk hebben we besloten om een kunstmatig neutronennetwerk te gebruiken - software die is ontworpen om te simuleren hoe onze hersenen werken. Met de juiste "training" kan het bepaalde objecten of patronen in een enorme dataset leren herkennen. In ons geval hebben we haar getraind om te zoeken naar hyperspeedsterren in een sterrencatalogus, zoals die samengesteld door Gaia.
Artistieke weergave van een hypersnelheidster die werd ontdekt door de Very Large Telescope van ESO. Krediet: European Southern Observatory
Naast een kaart met de locaties van meer dan een miljard sterren, bevatten de eerste gegevens een kleine catalogus van de afstanden en bewegingen van twee miljoen sterren. Deze catalogus, getiteld "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)", combineerde gegevens van de Gaia- en Hipparcos-missies.
Op de dag dat de catalogus werd gepubliceerd, voerden Marchetti en zijn team een algoritme uit op twee miljoen sterren binnen de TGAS, wat tot interessante bevindingen leidde. "In slechts een uur tijd heeft het kunstmatige brein de dataset al teruggebracht tot 20.000 potentiële hogesnelheidssterren, tot 1%," zei Rossi. "Verdere selectie, inclusief alleen afstand en beweging met een bepaalde meetnauwkeurigheid, leverde maar liefst 80 kandidaat-sterren op."
Het team bestudeerde deze 80 sterren vervolgens in meer detail en vergeleek hun bewegingsinformatie met gegevens uit andere catalogi. In combinatie met aanvullende waarnemingen vonden ze uiteindelijk zes sterren die sneller lijken te bewegen dan 360 km / s. Een ervan heeft zelfs een snelheid van meer dan 500 km / s, wat betekent dat hij niet langer gebonden is aan de zwaartekracht van onze Melkweg en deze uiteindelijk zal verlaten.
Maar misschien wel het belangrijkste aspect van deze vondst is dat deze sterren niet bijzonder zwaar zijn, zoals de vorige 20, waarvan de massa vergelijkbaar was met die van onze zon. Bovendien zullen de 5 langzamere sterren waarschijnlijk de focus worden van de hele studie, omdat wetenschappers willen bepalen wat hen tegenhoudt. Een mogelijke verklaring is dat donkere materie in de melkweg verantwoordelijk is voor deze interactie.
Gaia's eerste hemelkaart. Krediet: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universiteit van Lissabon), namens DPAC
Aangezien TGAS in veel opzichten slechts een kleine fractie was van Gaia's enorme en waardevolle gegevens, toont deze studie de soorten onderzoeksontdekkingen aan die mogelijk zullen zijn. Met gegevens over miljarden sterren zullen astronomen zeker nieuwe en verbazingwekkende kennis ontdekken over de dynamiek van onze Melkweg en de krachten die deze hebben gecreëerd.
Daartoe verfijnen Marchetti en zijn team hun software om de veel grotere dataset aan te kunnen, die naar verwachting in april 2018 zal worden vrijgegeven. Deze catalogus bevat afstanden en bewegingen voor meer dan een miljard sterren, evenals snelheden voor een subset. Daaruit leert het team dat snel bewegende sterren in de Melkweg veel vaker voorkomen dan eerder werd gedacht.
En bekijk zeker deze video met de banen van deze nieuw ontdekte snel bewegende sterren van ESA:
