Im Jahr 2013 startete die Europäische Weltraumorganisation die Gaia Raumfahrzeug. Als Nachfolger der Hipparcos Mission, dieses Weltraumobservatorium hat in den letzten dreieinhalb Jahren Daten über den Kosmos gesammelt. Bevor es irgendwann im nächsten Jahr in den Ruhestand geht (obwohl die Mission erweitert werden könnte), werden diese Informationen verwendet, um die größte und präziseste astronomische 3D-Karte zu erstellen, die jemals erstellt wurde.
Während der Untersuchung des Kosmos hat Gaia auch einige sehr interessante Dinge auf dem Weg enthüllt. Zum Beispiel nach der Prüfung der Gaia In einem Katalog mit einem speziell entwickelten künstlichen neuronalen Netzwerk entdeckte ein Team europäischer Forscher kürzlich sechs neue Hypervelocity-Sterne in der Milchstraße. Und einer dieser Sterne bewegt sich so schnell, dass er möglicherweise unsere Galaxie verlässt.
Ihre Studie mit dem Titel „Ein künstliches neuronales Netzwerk zur Entdeckung von Hypervelocity-Sternen: Kandidaten in Gaia DR1 / TGAS“ wurde kürzlich im Internet veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Es wurde Ende letzten Monats auf der Europäischen Woche der Astronomie und Weltraumforschung vorgestellt, die vom 26. bis 30. Juni in Prag, Tschechische Republik, stattfand.
Hypervelocity-Sterne sind eine seltene und faszinierende Sache. Während alle Sterne in der Milchstraße in ständiger Bewegung sind und um das Zentrum unserer Galaxie kreisen, werden einige auf Geschwindigkeiten von bis zu Hunderten von Kilometern pro Sekunde beschleunigt. In der Vergangenheit haben Astronomen festgestellt, dass diese sich schnell bewegenden Sterne das Ergebnis einer engen Begegnung mit einem Stern oder einer Supernova-Explosion eines Sternbegleiters sind.
Und vor etwas mehr als einem Jahrzehnt wurden Astronomen auf eine neue Klasse von Hochgeschwindigkeitssternen aufmerksam, von denen angenommen wird, dass sie durch frühere Wechselwirkungen mit dem supermassiven Schwarzen Loch (Schütze A *), das sich im Zentrum unserer Galaxie befindet, beschleunigt wurden. Diese Sterne sind äußerst wichtig für die Untersuchung der Gesamtstruktur der Milchstraße, da sie auf die Art der Ereignisse und Kräfte hinweisen, die ihre Geschichte geprägt haben.
Wie Elena Maria Rossi von der Universität Leiden in den Niederlanden und eine der Mitautoren des Papiers in einer Pressemitteilung der ESA erklärte:
“Dies sind Sterne, die große Entfernungen durch die Galaxie zurückgelegt haben, aber bis zu ihrem Kern zurückverfolgt werden können - einem Gebiet, das so dicht und von interstellarem Gas und Staub verdeckt ist, dass es normalerweise sehr schwer zu beobachten ist -, sodass sie wichtige Informationen über das Gravitationsfeld von liefern die Milchstraße vom Zentrum bis zum Stadtrand.“
Solche Sterne zu finden ist keine leichte Aufgabe, vor allem, weil ihre Geschwindigkeit es extrem schwierig macht, sie in der riesigen und überfüllten Scheibe der Milchstraße zu erkennen. Infolgedessen haben sich Wissenschaftler darauf verlassen, nach jungen, massiven Sternen (2,5 bis 4 Sonnenmassen) in der alten Sternpopulation der Galaktik zu suchen. Grundsätzlich sind ihr junges Alter und ihre hohe Masse Anzeichen dafür, dass sie möglicherweise nicht dort entstanden sind.
In Kombination mit Messungen ihrer früheren Geschwindigkeiten und Pfade hat diese Methode die Existenz von Hypervelocity-Sternen in der Vergangenheit bestätigt. Bisher wurden jedoch nur 20 Hypervelocity-Sterne entdeckt, und alle waren jung und massiv. Wissenschaftler glauben, dass noch viel mehr Sterne anderer Altersgruppen und Massen durch die Milchstraße beschleunigt werden, konnten sie aber bisher nicht erkennen.
Um dies zu beheben, begann das europäische Team - angeführt von Tomasso Marchetti von der Universität Leiden in den Niederlanden - über die Verwendung nachzudenken GaiaDer umfangreiche Datensatz zur Optimierung der Suche nach mehr Hypervelocity-Sternen. Nach dem Testen verschiedener Methoden verwendeten sie den Ansatz des künstlichen neuronalen Netzes - d. H. Unter Verwendung eines Algorithmus für maschinelles Lernen -, um die Sternzählungsdaten zu durchsuchen Gaia ist im Begriff zu sammeln.
Ab dem ersten Halbjahr 2016 begann das Team mit der Entwicklung und Schulung dieses Programms, um für die erste Veröffentlichung von bereit zu sein Gaia Daten - die einige Monate später am 14. September 2016 auftraten. Als Tommaso Marchetti, Doktorand an der Universität Leiden, beschrieb er den Prozess:
„Am Ende haben wir uns für ein künstliches neuronales Netzwerk entschieden, eine Software, die die Funktionsweise unseres Gehirns nachahmt. Nach dem richtigen „Training“ kann es lernen, bestimmte Objekte oder Muster in einem riesigen Datensatz zu erkennen. In unserem Fall haben wir es gelehrt, Hypervelocity-Sterne in einem Sternenkatalog wie dem mit Gaia zusammengestellten zu erkennen. “
Neben einer Karte mit Positionen von über einer Milliarde Sternen enthielt diese erste Datenveröffentlichung einen kleineren Katalog mit den Entfernungen und Bewegungen für zwei Millionen Sterne. Dieser Katalog - bekannt als Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) - kombinierte Daten aus dem ersten Jahr des Gaia Mission und mit Daten aus dem Hipparcos Mission und ist im Wesentlichen ein Vorgeschmack auf das, was kommen wird Gaia.
Am Tag der Veröffentlichung des Katalogs führten Marchetti und sein Team ihren Algorithmus auf den zwei Millionen Sternen innerhalb des TGAS aus, was einige interessante Funde enthüllte. "In nur einer Stunde hatte das künstliche Gehirn den Datensatz bereits auf etwa 20 000 potenzielle Hochgeschwindigkeitssterne reduziert und seine Größe auf etwa 1% reduziert", sagte Rossi. "Eine weitere Auswahl, die nur Messungen über einer bestimmten Genauigkeit in Bezug auf Entfernung und Bewegung umfasst, hat dies auf 80 Kandidatensterne reduziert."
Das Team untersuchte diese 80 Sterne dann genauer und verglich die Informationen über ihre Bewegungen mit Daten aus anderen Katalogen. Gepaart mit zusätzlichen Beobachtungen fanden sie schließlich sechs Sterne, die sich schneller als 360 km / s zu bewegen schienen. Einer schien sogar 500 km / s zu überschreiten, was bedeutet, dass er nicht mehr an die Schwerkraft unserer Milchstraße gebunden ist und sie schließlich ganz verlassen wird.
Aber vielleicht ist der wichtigste Aspekt dieses Fundes die Tatsache, dass diese Sterne nicht besonders massereich sind wie die zuvor entdeckten 20 und in ihrer Masse mit unserer Sonne vergleichbar waren. Darüber hinaus werden die 5 langsameren Sterne wahrscheinlich zu einem Schwerpunkt der Studie, da die Wissenschaftler unbedingt herausfinden möchten, was sie verlangsamt hat. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Interaktion mit der dunklen Materie der Galaxie verantwortlich sein könnte.
So wie das TGAS nur ein früher Hinweis auf die riesigen und wertvollen Daten war Gaia Diese Studie zeigt schließlich, welche Arten von Entdeckungen und Forschungen diese Daten ermöglichen werden. Mit nicht nur 2 Millionen, sondern einer Milliarde Sternen, die untersucht werden müssen, werden Astronomen mit Sicherheit viele neue und aufregende Dinge über die Dynamik unserer Milchstraße und die Arten von Kräften enthüllen, die sie geprägt haben.
Zu diesem Zweck aktualisieren Marchetti und sein Team ihr Programm, um den viel größeren Datensatz zu verarbeiten, der voraussichtlich im April 2018 veröffentlicht wird. Dieser Katalog enthält Entfernungen und Bewegungen für über eine Milliarde Sterne sowie Geschwindigkeiten für a spezifische Teilmenge. Daraus kann das Team feststellen, dass sich schnell bewegende Sterne, die aus der Milchstraße gebootet werden, viel häufiger sind als bisher angenommen.
Und genießen Sie dieses Video, das die Wege dieser sechs neu entdeckten, sich schnell bewegenden Sterne zeigt, mit freundlicher Genehmigung der ESA:
