2013 lanserade Europeiska rymdorganisationen Gaia rymdskepp. Som efterträdare till Hipparcos uppdrag, detta rymdobservatorium har tillbringat de senaste tre och ett halvt åren att samla in data om kosmos. Innan den går i pension någon gång nästa år (även om uppdraget skulle kunna utökas) kommer denna information att användas för att konstruera den största och mest exakta 3D-astronomiska kartan som någonsin har skapats.
Under undersökningen av kosmos har Gaia också avslöjat några mycket intressanta saker på vägen. Till exempel efter att ha undersökt Gaia katalog med ett specialdesignat konstgjordt neuralt nätverk, ett team av europeiska forskare upptäckte nyligen sex nya hypervelocity-stjärnor i Vintergatan. Och en av dessa stjärnor rör sig så snabbt att den så småningom kan lämna vår galax.
Deras studie - med titeln "Ett konstgjordt neuralt nätverk för att upptäcka hypervelocity stjärnor: kandidater i Gaia DR1 / TGAS" - publicerades nyligen i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Det presenterades sent förra månaden vid European Week of Astronomy and Space Science, som hölls 26 juni till 30 juni i Prag, Tjeckien.
Hypervelocity stjärnor är en sällsynt och fascinerande sak. Medan alla stjärnor i Vintergatan är i ständig rörelse och kretsar runt centrum av vår galax, är vissa accelererade till hastigheter på upp till hundratals kilometer per sekund. Tidigare har astronomer dragit slutsatsen att dessa snabbt rörliga stjärnor är resultatet av ett nära stjärnmöte eller en supernovaexplosion av en stjärna följeslagare.
Och för drygt ett decennium sedan blev astronomer medvetna om en ny klass av höghastighetsstjärnor som tros ha påskyndats från tidigare interaktioner med det supermassiva svarta hålet (Skytten A *) som sitter i mitten av vår galax. Dessa stjärnor är oerhört viktiga för att studera mjölkvägens övergripande struktur, eftersom de indikerar de typer av händelser och krafter som har utformat dess historia.
Som Elena Maria Rossi, från Leiden universitet i Nederländerna och en av medförfattarna på tidningen, förklarade i ett ESA-pressmeddelande:
“Det här är stjärnor som har rest stora avstånd genom galaxen men kan spåras tillbaka till dess kärna - ett område så tätt och dold av interstellar gas och damm att det normalt är mycket svårt att observera - så de ger avgörande information om gravitationsfältet i Vintergatan från centrum till dess utkanter.“
Att hitta sådana stjärnor är ingen lätt uppgift, främst på grund av att deras hastighet gör dem extremt svåra att upptäcka på Västgatans stora och trånga skiva. Som ett resultat har forskare förlitat sig på att leta efter unga, massiva stjärnor (2,5 till 4 solmassor) i den gamla stjärnpopulationen i Galactic. I grund och botten är deras unga ålder och höga massor en indikation på att de kanske inte har sitt ursprung där.
I kombination med mätningar av deras tidigare hastigheter och banor har denna metod bekräftat förekomsten av hypervelocity-stjärnor i det förflutna. Men bara 20 hypervelocity stjärnor har hittats hittills, och de har alla varit unga och massiva till sin natur. Forskare tror att många fler stjärnor i andra åldrar och massor också påskyndas genom Vintergatan, men tidigare inte kunde se dem.
För att hantera detta började det europeiska teamet - under ledning av Tomasso Marchetti från Leiden University i Nederländerna - överväga hur man använder Gaia'S stora datasats för att optimera sökningen efter fler hypervelocity-stjärnor. Efter att ha testat olika metoder, använde de den konstgjorda neurala nätmetoden - dvs med hjälp av en maskininlärningsalgoritm - för att söka igenom stjärnuppräkningsdata Gaia håller på att samlas.
Från och med första halvåret 2016 började teamet utveckla och utbilda detta program för att vara redo för den första utgåvan av Gaia data - som inträffade några månader senare den 14 september 2016. När Tommaso Marchetti, en doktorand vid Leiden universitet, beskrev processen:
”Till slut valde vi att använda ett konstgjordt neuralt nätverk, som är programvara som är utformad för att härma hur hjärnan fungerar. Efter ordentlig 'träning' kan den lära sig att känna igen vissa objekt eller mönster i ett enormt datasæt. I vårt fall lärde vi oss att upptäcka hypervelocity-stjärnor i en stjärnkatalog som den samlade med Gaia. ”
Förutom en karta med platser för över en miljard stjärnor inkluderade denna första datarelease en mindre katalog med avstånd och rörelser för två miljoner stjärnor. Denna katalog - som är känd som Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) - kombinerade data från både det första året av Gaia uppdrag och med uppgifter från Hipparcos uppdrag, och är i huvudsak en smak av vad som kommer från Gaia.
På dagen för katalogen släpptes, körde Marchetti och hans team sin algoritm om de två miljoner stjärnorna i TGAS, vilket avslöjade några intressanta fynd. "På bara en timme hade den konstgjorda hjärnan redan minskat datasättet till cirka 20 000 potentiella höghastighetsstjärnor, vilket minskade storleken till cirka 1%," sade Rossi. "Ett ytterligare urval inklusive endast mätningar över en viss precision i avstånd och rörelse förde detta till 80 kandidatstjärnor."
Teamet undersökte sedan dessa 80 stjärnor mer detaljerat och jämförde informationen om deras rörelser med data från andra kataloger. I kombination med ytterligare observationer fann de så småningom sex stjärnor som tycktes gå snabbare än 360 km / s. En verkade till och med överstiga 500 km / s, vilket innebär att den inte längre är bunden av vår mjölkvägs tyngd och så småningom kommer att lämna den helt.
Men kanske den betydelsefulla aspekten av detta fynd är det faktum att dessa stjärnor inte är särskilt massiva som de föregående 20 som hade upptäckts, och var jämförbara i massa med vår sol. Dessutom kommer de fem långsammare stjärnorna troligen att bli en fokuspunkt för studien, eftersom forskare är angelägna om att avgöra vad som bromsade dem. En möjlig förklaring är att interaktion med galaxens mörka materia kan ha varit ansvarig.
Mycket som TGAS har bara varit en tidig indikation på den stora och värdefulla informationen Gaia så småningom kommer att tillhandahålla, visar denna studie vilken typ av upptäckter och forskning som denna information möjliggör. Med inte bara två miljoner, utan en miljard stjärnor att studera, kommer astronomer säkert att avslöja många nya och spännande saker om dynamiken i vår Vintergatan och de typer av krafter som har format det.
För detta ändamål uppgraderar Marchetti och hans team sitt program för att hantera den mycket större datauppsättningen, som planeras släppas i april 2018. Denna katalog innehåller avstånd och rörelser för över en miljard stjärnor, samt hastigheter för en specifik delmängd. Från detta kan laget upptäcka att snabbrörelsestjärnor som startas upp från Vintergatan är mycket vanligare än tidigare trott.
Och se till att njuta av den här videon som visar banorna för dessa sex nyupptäckta snabbrörelsestjärnor, med tillstånd av ESA:
