2013 startete die Europäische Weltraumorganisation das Raumschiff Gaia. Als Nachfolger der Hipparcos-Mission hat dieses Weltraumobservatorium in den letzten dreieinhalb Jahren Informationen über den Weltraum gesammelt. Bevor die Mission im nächsten Jahr endet (obwohl sie erweitert werden könnte), werden die erhaltenen Informationen verwendet, um die größte und genaueste astronomische 3D-Karte zu erstellen.
Während der Weltraumuntersuchung entdeckte Gaia auch einige interessante Dinge. Nachdem ein europäisches Forscherteam beispielsweise den Gaia-Katalog mit einem speziell entwickelten künstlichen neuronalen Netzwerk untersucht hatte, fand es kürzlich sechs neue Hyperspeed-Sterne in der Milchstraße. Und einer dieser Sterne bewegt sich so schnell, dass er schließlich unsere Galaxie verlassen könnte.
Ihre Forschung mit dem Titel Ein künstliches neuronales Netzwerk zur Entdeckung von Hypervelocity-Sternen: Kandidaten in Gaia DR1 / TGAS wurde kürzlich in Monthly Notices of the veröffentlicht Royal Astronomical Society. Es wurde auch Ende letzten Monats auf der "Europäischen Woche der Astronomie und Weltraumwissenschaften" vorgestellt, die vom 26. bis 30. Juni in Prag, Tschechische Republik, stattfand.
Künstlerisches Konzept des Gaia-Teleskops vor dem Hintergrund der Milchstraße, Bildnachweis: ESA / ATG medialab; Hintergrund: ESO / S. Brunier
Hypervelocity-Sterne sind seltene und faszinierende Objekte. Während alle Sterne in der Milchstraße in Umlaufbahnen um das Zentrum unserer Galaxie in ständiger Bewegung sind, beschleunigen einige von ihnen auf Geschwindigkeiten von Hunderten von Kilometern pro Sekunde. In der Vergangenheit haben Astronomen festgestellt, dass diese sich schnell bewegenden Sterne das Ergebnis des Durchgangs von Sternen aus nächster Nähe oder einer Supernova eines Sternbegleiters sind.
Und vor etwas mehr als einem Jahrzehnt wurden Astronomen auf eine neue Klasse von Hochgeschwindigkeitssternen aufmerksam, von denen angenommen wurde, dass sie durch frühere Wechselwirkungen mit dem supermassiven Schwarzen Loch Schütze A *, das sich im Zentrum der Galaxie befindet, beschleunigt wurden. Diese Sterne sind sehr wichtig für die Untersuchung der allgemeinen Struktur der Milchstraße, da sie die spezifischen Arten von Ereignissen und Kräften anzeigen, die ihre Geschichte geprägt haben.
Wie Elena Maria Rossi von der Universität Leiden in den Niederlanden und eine der Autoren des Artikels in einer Pressemitteilung der ESA erklärte:
„Dies sind Sterne, die enorme 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 uns wichtige Informationen über das Gravitationsfeld der Milchstraße liefern. vom Zentrum bis zum Stadtrand."
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Künstlerisches Konzept von Sternen, die durch die Galaxie rauschen. Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation
Solche Sterne zu finden ist keine leichte Aufgabe, zum großen Teil, weil ihre Geschwindigkeit es extrem schwierig macht, sie in der riesigen und überfüllten Scheibe der Milchstraße zu erkennen. Infolgedessen haben sich Wissenschaftler auf junge massive Sterne (von 2,5 bis 4 Sonnenmassen) in der alten Sternpopulation der Galaxie verlassen. Grundsätzlich sind ihr junges Alter und ihre große Masse Indikatoren dafür, dass sie dort nicht entstehen können.
In Kombination mit Messungen ihrer vergangenen Geschwindigkeiten und Flugbahnen bestätigte diese Methode das Vorhandensein von Hyperspeed-Sternen in der Vergangenheit. Bisher haben Wissenschaftler jedoch nur 20 Hyperspeed-Sterne gefunden, und sie waren alle jung und massiv. Wissenschaftler glauben, dass sich viel mehr Sterne anderer Altersgruppen und Massen mit so hoher Geschwindigkeit durch die Milchstraße bewegen, aber sie konnten vorher nicht entdeckt werden.
Um dieses Problem anzugehen, begann ein europäisches Forschungsteam unter der Leitung von Tomasso Marchetti von der Universität Leiden in den Niederlanden zu überlegen, wie der umfangreiche Datensatz von Gaia zur Optimierung der Suche nach Hyperspeed-Sternen verwendet werden kann. Nachdem sie verschiedene Methoden getestet hatten, passten sie das Neutronennetzwerk für diese Zwecke an, dh sie verwendeten einen Algorithmus für maschinelles Lernen, um die Gaia-Sternzählungsdaten während des Erfassungsprozesses zu durchsuchen.
Ab dem ersten Halbjahr 2016 begann das Team mit der Entwicklung und Schulung dieses Programms zur Vorbereitung der ersten Veröffentlichung von Gaia-Daten, die einige Monate später, am 14. September 2016, stattfand. Der Doktorand der Universität Leiden, Tomasso Marchetti, beschrieb den Prozess wie folgt:
„Am Ende haben wir uns für ein künstliches Neutronennetz entschieden - eine Software, die die Funktionsweise unseres Gehirns simuliert. Mit dem richtigen "Training" kann es lernen, bestimmte Objekte oder Muster in einem riesigen Datensatz zu erkennen. In unserem Fall haben wir sie geschult, in einem Sternenkatalog nach Hyperspeed-Sternen zu suchen, wie dem von Gaia.
Künstlerische Darstellung eines Hyperspeed-Sterns, der vom Very Large Telescope der ESO entdeckt wurde. Bildnachweis: European Southern Observatory
Neben einer Karte mit den Standorten von über einer Milliarde Sternen enthielten die ersten Daten einen kleinen Katalog der Entfernungen und Bewegungen von zwei Millionen Sternen. Dieser Katalog mit dem Titel "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)" kombinierte Daten aus den Missionen Gaia und Hipparcos.
Am Tag der Veröffentlichung des Katalogs führten Marchetti und sein Team einen Algorithmus für zwei Millionen Sterne innerhalb des TGAS durch, der zu interessanten Ergebnissen führte. "In nur einer Stunde hat das künstliche Gehirn den Datensatz bereits auf 20.000 potenzielle Hochgeschwindigkeitssterne reduziert, und zwar auf 1%", sagte Rossi. "Eine weitere Auswahl, die nur Distanz und Bewegung mit einer bestimmten Messgenauigkeit umfasst, brachte bis zu 80 Kandidatensterne."
Das Team untersuchte diese 80 Sterne dann genauer und verglich ihre Bewegungsinformationen mit Daten aus anderen Katalogen. In Kombination mit zusätzlichen Beobachtungen fanden sie schließlich sechs Sterne, die sich schneller als 360 km / s zu bewegen scheinen. Einer von ihnen hat sogar eine Geschwindigkeit von über 500 km / s, was bedeutet, dass er nicht mehr an die Schwerkraft unserer Milchstraße gebunden ist und diese schließlich verlassen wird.
Aber der vielleicht wichtigste Aspekt dieses Fundes ist, dass diese Sterne nicht besonders massereich sind, wie die vorherigen 20, deren Masse mit der unserer Sonne vergleichbar war. Darüber hinaus werden die 5 langsameren Sterne wahrscheinlich im Mittelpunkt der gesamten Studie stehen, da Wissenschaftler herausfinden möchten, was sie zurückhält. Eine mögliche Erklärung ist, dass dunkle Materie in der Galaxie für diese Wechselwirkung verantwortlich ist.
Gaias erste Himmelskarte. Bildnachweis: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universität Lissabon) im Namen von DPAC
Da TGAS in vielerlei Hinsicht nur ein kleiner Teil der umfangreichen und wertvollen Daten von Gaia war, zeigt diese Studie, welche Art von Forschungsentdeckungen möglich sein werden. Mit Daten über Milliarden von Sternen werden Astronomen sicherlich erstaunliche neue Erkenntnisse über die Dynamik unserer Milchstraße und die Kräfte, die sie geschaffen haben, entdecken.
Zu diesem Zweck verfeinern Marchetti und sein Team ihre Software, 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 eine bestimmte Teilmenge. Daraus lernt das Team, dass sich schnell bewegende Sterne in der Milchstraße viel häufiger sind als bisher angenommen.
Und sehen Sie sich unbedingt dieses Video an, das die Flugbahnen dieser neu entdeckten, sich schnell bewegenden Sterne der ESA zeigt:
