Im Jahr 2013 startete die Europäische Weltraumorganisation die Gaia Raumfahrzeug. Als Nachfolger des Hipparcos Mission hat dieses Weltraumobservatorium die letzten dreieinhalb Jahre damit verbracht, Daten über den Kosmos zu sammeln. Bevor sie irgendwann im nächsten Jahr in den Ruhestand geht (obwohl die Mission verlängert werden könnte), werden diese Informationen verwendet, um die größte und genaueste astronomische 3D-Karte zu erstellen, die jemals erstellt wurde.
Im Zuge der Vermessung des Kosmos hat Gaia auch einige sehr interessante Dinge auf den Weg gebracht. Zum Beispiel nach der Prüfung derGaiaKatalog mit einem speziell entwickelten künstlichen neuronalen Netz, das kürzlich ein Team europäischer Forscher entdeckt hat sechs neue Hypergeschwindigkeitssterne in der Milchstraße. Und einer dieser Sterne bewegt sich so schnell, dass er irgendwann unsere Galaxie verlassen könnte.
Ihre Studie – betitelt „ Ein künstliches neuronales Netzwerk zur Entdeckung von Hypergeschwindigkeitssternen: Kandidaten in Gaia DR1/TGAS ” – wurde kürzlich in der . veröffentlichtMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.Es wurde Ende letzten Monats auf der Europäische Woche der Astronomie und Weltraumwissenschaft , die vom 26. bis 30. Juni in Prag, Tschechien stattfand.
Künstlerische Vorstellung des Gaia-Teleskops im Hintergrund mit einem Foto der Milchstraße, aufgenommen an der Europäischen Südsternwarte. Bildnachweis: ESA/ATG medialab; Hintergrund: ESO/S. Brunier
Hypergeschwindigkeitssterne sind eine seltene und faszinierende Sache. Während alle Sterne der Milchstraße in ständiger Bewegung um das Zentrum unserer Galaxie kreisen, werden einige auf Geschwindigkeiten von bis zu Hunderten von Kilometern pro Sekunde beschleunigt. In der Vergangenheit haben Astronomen gefolgert, dass diese sich schnell bewegenden Sterne das Ergebnis einer engen Sternbegegnung oder einer Supernova-Explosion eines stellaren Begleiters sind.
Und vor etwas mehr als einem Jahrzehnt wurden Astronomen auf eine neue Klasse von Hochgeschwindigkeitssternen aufmerksam, von denen angenommen wird, dass sie durch vergangene Wechselwirkungen mit dem supermassiven Schwarzen Loch beschleunigt wurden ( Schütze A* ), das sich im Zentrum unserer Galaxie befindet. Diese Sterne sind äußerst wichtig für das Studium der Gesamtstruktur der Milchstraße, da sie auf die Arten von Ereignissen und Kräften hinweisen, die ihre Geschichte geprägt haben.
Wie Elena Maria Rossi von der Universität Leiden in den Niederlanden und eine der Co-Autoren des Papiers in einem ESA Pressemitteilung :
'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 verdunkelt ist, dass es normalerweise sehr schwer zu beobachten ist – und liefern daher wichtige Informationen über das Gravitationsfeld von die Milchstraße vom Zentrum bis zum Stadtrand.'
Künstlerische Darstellung von Sternen, die durch die Galaxie rasen. Bildnachweis: ESA
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 entdecken. Infolgedessen haben sich Wissenschaftler darauf verlassen, in der alten Sternpopulation der Galaktik nach jungen, massereichen Sternen (2,5 bis 4 Sonnenmassen) zu suchen. Grundsätzlich sind ihr junges Alter und ihre hohe Masse Hinweise darauf, dass sie möglicherweise nicht dort entstanden sind.
In Kombination mit Messungen ihrer vergangenen Geschwindigkeiten und Bahnen hat diese Methode die Existenz von Hypergeschwindigkeitssternen in der Vergangenheit bestätigt. Bisher wurden jedoch nur 20 Hypergeschwindigkeitssterne gesichtet, und sie waren alle jung und massereich. Wissenschaftler gehen davon aus, dass auch viele weitere Sterne anderen Alters und anderer Massen durch die Milchstraße beschleunigt werden, konnten sie aber bisher nicht entdecken.
Um dieses Problem anzugehen, begann das europäische Team unter der Leitung von Tomasso Marchetti von der Universität Leiden in den Niederlanden darüber nachzudenken, wie es verwendet werden kannGaia's riesiger Datensatz, um die Suche nach mehr Hypergeschwindigkeitssternen zu optimieren. Nachdem sie verschiedene Methoden getestet hatten, wählten sie den Ansatz des künstlichen neuronalen Netzes – also einen maschinellen Lernalgorithmus –, um die Sternzählungsdaten zu durchsuchenGaiaist dabei, sich zu versammeln.
Ab der ersten Hälfte des Jahres 2016 begann das Team mit der Entwicklung und Schulung dieses Programms, um für die erste Veröffentlichung von . gerüstet zu seinGaiaDaten – die einige Monate später, am 14. September 2016, stattfanden. Als Tommaso Marchetti, Doktorand an der Universität Leiden, den Prozess beschrieben :
„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 ihm beigebracht, Hypergeschwindigkeitssterne in einem Sternenkatalog wie dem mit Gaia erstellten zu erkennen.“
Künstlerische Darstellung eines Hypergeschwindigkeitssterns, der mit dem Very Large Telescope der ESO entdeckt wurde. Bildnachweis: ESO
Neben einer Karte mit den Positionen von über einer Milliarde Sternen enthielt diese erste Datenveröffentlichung einen kleineren Katalog mit den Entfernungen und Bewegungen von zwei Millionen Sternen. Dieser Katalog – bekannt als der Tycho-Gaia astrometrische Lösung (TGAS) – kombinierte Daten aus dem ersten Jahr derGaiaMission und mit Daten aus derHipparcosMission und ist im Wesentlichen ein Vorgeschmack auf das, was noch kommen wirdGaia.
Am Tag der Veröffentlichung des Katalogs führten Marchetti und sein Team ihren Algorithmus auf die zwei Millionen Sterne innerhalb des TGAS aus, was einige interessante Funde ergab. '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 ab einer bestimmten Genauigkeit von Entfernung und Bewegung umfasste, brachte dies auf 80 Kandidatensterne.“
Anschließend untersuchte das Team diese 80 Sterne 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. Eine schien sogar 500 km/s zu überschreiten, was bedeutet, dass sie nicht mehr an die Schwerkraft unserer Milchstraße gebunden ist und diese irgendwann ganz verlassen wird.
Aber der vielleicht so bedeutsame Aspekt dieses Fundes ist die Tatsache, dass diese Sterne nicht besonders massereich sind wie die vorherigen 20, die entdeckt wurden, und ihre Masse mit unserer Sonne vergleichbar war. Darüber hinaus werden die 5 langsameren Sterne wahrscheinlich zu einem Schwerpunkt der Untersuchung, da die Wissenschaftler eifrig herausfinden möchten, was sie verlangsamt hat. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Wechselwirkung mit der dunklen Materie der Galaxie dafür verantwortlich sein könnte.
Gaias erste Himmelskarte. Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC. Quelle: A. Moitinho & M. Barros (CENTRA – Universität Lissabon), im Auftrag von DPAC.
Auch wenn das TGAS nur ein erster Hinweis auf die umfangreichen und wertvollen Daten warGaiaschließlich liefern wird, zeigt diese Studie die Arten von Entdeckungen und Forschungen, die diese Daten ermöglichen werden. Mit nicht nur 2 Millionen, sondern einer Milliarde Sterne, die es zu untersuchen gilt, werden Astronomen mit Sicherheit viele neue und aufregende Dinge über die Dynamik unserer Milchstraße und die Arten von Kräften, die sie geformt haben, enthüllen.
Zu diesem Zweck rüsten Marchetti und sein Team ihr Programm auf, um den viel größeren Datensatz zu verarbeiten, der im April 2018 veröffentlicht werden soll. Dieser Katalog wird Entfernungen und Bewegungen für über eine Milliarde Sterne sowie Geschwindigkeiten für a bestimmte Teilmenge. Daraus könnte das Team schließen, dass sich schnell bewegende Sterne, die aus der Milchstraße gebootet werden, viel häufiger vorkommen als bisher angenommen.
Und genießen Sie dieses Video, das die Wege dieser sechs neu entdeckten sich schnell bewegenden Sterne mit freundlicher Genehmigung der ESA zeigt:
Weiterlesen: DIES
