“盖亚”发现超高速恒星逃离银河系只是时间问题

“盖亚”发现超高速恒星逃离银河系只是时间问题

2013年，欧洲航天局发射了盖亚卫星。 的继任者在过去三年半中一直在收集宇宙数据。 盖亚将于 2018 年退役——尽管可能会延长——其数据将用于创建迄今为止最大、最准确的恒星 3D 地图。

艺术家对超高速恒星逃离银河系时刻的概念。

超高速恒星被发现

在观察宇宙时，“盖亚”发现了一系列有趣的现象。 近日盖亚星空网站，欧洲研究团队利用专门设计的人工神经网络对“盖亚”获得的数据进行分析，在银河系中发现了六颗超高速恒星，其中一颗恒星速度之快，最终将逃离银河系方式。 研究论文“使用人工神经网络发现超高速恒星：盖亚 DR1/TGAS 的候选者”最近发表在皇家天文学会月刊上。 研究人员在 6 月 26 日至 30 日于布拉格举行的欧洲天文学和宇宙学周上展示了这项研究。

超高速恒星相对罕见，因此受到许多天文学家的追捧。 银河系中的所有恒星都在不断地围绕着银河系的中心运行，有些恒星的速度可以达到每秒数百公里。 过去，天文学家认为这种快速运动是由于恒星之间的距离较近，或者是伴星发生超新星爆炸造成的。 十多年前，天文学家发现了一种正在加速的新型高速恒星，研究人员认为这是由于与超大质量黑洞人马座 A* 的相互作用所致。 这些恒星对于研究银河系的整个结构非常重要，因为它们隐藏了塑造银河系历史的重要事件和力量的线索。

荷兰莱顿大学的合著者埃琳娜·玛丽亚·罗西在欧空局的一份新闻稿中说：“虽然这些恒星在银河系中行进了相当远的距离，但它们的起源可以追溯到银河系的核心。核是一个密集的区域，被气体和尘埃遮挡，通常很难观察到。研究它们可以为进一步了解银河系从核心到边缘的引力场提供重要信息。”

艺术家对盖亚的构想，背景是欧洲南方天文台的银河系图像。

人工神经网络“大显身手”

寻找高速恒星并不容易，主要是因为它们的速度。 银河系巨大而拥挤的圆盘使得精确定位这些恒星变得极其困难。 为了找到它们的踪迹，科学家们另辟蹊径，在银河系的老恒星群中寻找年轻的大质量恒星（质量是太阳的2.5到4倍）。 “年轻”和“庞大”暗示他们可能不是在这里出生的。

结合过去的速度和轨迹测量，这种方法揭示了超高速恒星的存在。 此前，科学家们只发现了 20 颗超高速恒星，它们都很年轻且质量很大。 科学家们认为，更多其他年龄和质量的超高速恒星正在加速穿过银河系，但尚未被发现。

为了解决这个问题，由莱顿大学博士生 领导的研究团队转向盖亚的海量数据集，通过优化搜索寻找更多超高速恒星。 在测试了几种方法之后，他们决定使用人工神经网络（使用机器学习算法）在盖亚的恒星普查数据中搜索超高速恒星。

2016年上半年，研究团队开始开发和训练人工神经网络，为第一批公布的“盖亚”观测数据做准备。 当年9月14日，数据出炉。 “最终，我们决定使用人工神经网络，这是一种模仿人脑工作的软件，”马尔凯蒂说。 “经过适当的训练，它可以识别大型数据集中的某些物体或模式。在我们的研究中，我们教它如何在恒星目录中搜索超高速恒星，例如那些用‘盖亚’编制的目录。”

除了包含 10 亿颗恒星位置的地图外，首次发布的盖亚数据还包括一个较小的 200 万颗恒星的距离和运动数据目录。 这个名为第谷-盖亚天体测量解决方案 (TGAS) 的小型目录结合了盖亚第一年任务和依巴谷任务的数据。

一颗逃离银河系的恒星的艺术家概念图。

患病率或超过预期

目录发布当天，马尔凯蒂和他的研究团队运行算法检查了 TGAS 的 200 万颗恒星，最终得出了一系列有趣的发现。 “在短短一个小时内，人造大脑从数据集中发现了大约 20,000 颗潜在的高速恒星，将其大小减少到大约 1%，”罗西说。 使用精确的距离和运动测量盖亚星空网站，人工大脑进一步筛选，将候选恒星的数量减少到 80 个。”

该团队随后详细分析了这 80 颗恒星，将它们的运动数据与其他星表的数据进行了比较。 通过结合其他观测数据，他们最终锁定了6颗速度超过每秒360公里的超高速恒星。 其中一个的速度超过每秒500公里。 这意味着它不再受银河系引力的束缚，最终会“逃离”银河系。

这项研究的意义在于揭示这些超高速恒星与之前发现的 20 颗不同的事实。 它们不是大质量恒星，但与太阳相当。 五颗较慢的恒星可能成为研究的重点，因为科学家们希望确定是什么让它们减速。 一种可能的解释是，与银河系暗物质的相互作用起到了“刹车”的作用。

TGAS星表的研究结果表明，“盖亚”可以为科学家提供大量有价值的数据。 他们可以利用“盖亚”的数据进行各种研究，从而得出一系列的发现。 未来，科学家分析的不仅仅是200万颗恒星，而是10亿颗恒星，他们注定会有更多激动人心的发现，进一步揭示银河系的动态变化，揭开塑造银河系的各种力量。 的神秘。

为了实现这一目标， 和他的研究小组正在升级他们的软件以处理更大的数据集。 2018年4月，“盖亚”第二批数据将对外发布。 这次的恒星目录不仅包括 10 亿颗恒星的距离和运动数据，还包括一个特殊的速度数据子集。 利用这些数据，该团队可能会发现逃离银河系的超高速恒星比之前认为的要普遍得多。

盖亚的第一张天空图。

超大望远镜阵列捕捉到的超高速恒星的艺术家概念图。