W Drodze Mlecznej odkryto nowy zbiór gwiazd, które w niej nie powstały

Lina Necib, fizyk z Caltech, z pomocą superkomputerów i obserwatorium Gaia dokonała odkrycia gromady gwiazd w Drodze Mlecznej, które nie narodziły się w naszej galaktyce.

Necib i jej współpracownicy w swojej pracy opublikowanej w Nature Astronomy opisują Nyx, rozległy nowy strumień gwiezdny w pobliżu Słońca, który może stanowić pierwszą wskazówkę, że galaktyka karłowata połączyła się z dyskiem Drogi Mlecznej. Uważa się, że te strumienie gwiazd są gromadami kulistymi lub galaktykami karłowatymi, które zostały rozciągnięte wzdłuż orbity przez siły pływowe.

Necib bada kinematykę gwiazd i ciemnej materii w Drodze Mlecznej. „Jeżeli są jakieś gromady gwiazd, które poruszają się razem w określony sposób, zwykle mówi nam to, że istnieje powód, dla którego tak się dzieje.”

Od 2014 roku naukowcy z Caltech, Northwestern University, UC San Diego i UC Berkeley opracowują bardzo szczegółowe symulacje realistycznych galaktyk w ramach projektu FIRE (Feedback In Realistic Environments). Symulacje te obejmują wszystko, co naukowcy wiedzą o tym, jak galaktyki tworzą się i ewoluują. Począwszy od wirtualnego odpowiednika początku czasu, symulacje tworzą galaktyki, które wyglądają i działają podobnie jak nasza własna.

Równolegle do projektu FIRE, obserwatorium kosmiczne Gaia rozpoczęło swoje działanie w 2013 roku. Jego celem jest stworzenie niezwykle precyzyjnej trójwymiarowej mapy około miliarda gwiazd w całej galaktyce Drogi Mlecznej i poza nią.

Odkrycie Nyx polegało na połączeniu tych dwóch głównych projektów astrofizycznych i analizie ich przy użyciu metod głębokiego uczenia się.

Wśród pytań, które dotyczą zarówno symulacji, jak i badania nieba, brzmi: w jaki sposób Droga Mleczna stała się tym, czym jest dzisiaj?

„Galaktyki powstają poprzez łykanie innych galaktyk. Założyliśmy, że Droga Mleczna ma cichą historię połączeń i przez pewien czas chodziło o to, jak cicho to było, ponieważ nasze symulacje pokazują wiele połączeń. Teraz, mając dostęp do wielu mniejszych struktur, rozumiemy, że nie było tak cicho, jak na to wyglądało. Wszystkie dane, narzędzie i symulacje muszą być użyte jednocześnie, aby rozwiązać ten problem. Jesteśmy na początkowym etapie, aby naprawdę zrozumieć proces formowania się Drogi Mlecznej” – powiedziała Necib.

Zespół opracował metodę śledzenia ruchów każdej gwiazdy w wirtualnych galaktykach i oznaczania ich jako narodzonych w galaktyce macierzystej lub przychodzących do niej jako wytwory fuzji galaktyk. Te dwa typy gwiazd mają różne podpisy, chociaż różnice często są subtelne. Oznaczenia te wykorzystano do wyszkolenia modelu głębokiego uczenia się, który następnie przetestowano na innych symulacjach FIRE.

Po stworzeniu katalogu, zespół zastosował go do danych Gaia.

Model ocenił, że pewne jest, że gwiazda urodziła się poza Drogą Mleczną w zakresie od 0 do 1. Zespół stworzył granicę tolerancji dla błędu i zaczął badać wyniki.

Takie podejście polegające na stosowaniu modelu wyszkolonego w jednym zbiorze danych i stosowaniu go do innego, ale powiązanego, nazywa się uczeniem transferowym i może być obarczone wyzwaniami.

Zespół sprawdził, czy może zidentyfikować znane cechy galaktyki. Należą do nich „kiełbasa Gaia” – pozostałość galaktyki karłowatej, która połączyła się z Drogą Mleczną około 6-10 mld lat temu i ma charakterystyczny kształt orbity przypominający kiełbasę.

Kiełbasa Gaia była tam, podobnie jak gwiezdne halo – gwiazdy tła, które nadają Drodze Mlecznej jej charakterystyczny kształt – i strumień Helmi, kolejna znana galaktyka karłowata, która połączyła się z Drogą Mleczną w odległej przeszłości i została odkryta w 1999 roku.

Model zidentyfikował inną strukturę w analizie: gromadę 250 gwiazd, rotującą z dyskiem Drogi Mlecznej, ale także zmierzającą w kierunku centrum Galaktyki.

Projekt wymagał zaawansowanego przetwarzania na wielu różnych etapach. FIRE i zaktualizowane symulacje FIRE-2 należą do największych jak dotąd komputerowych modeli galaktyk. Każda z dziewięciu głównych symulacji – trzy osobne formacje galaktyk, każda z nieco innym punktem początkowym dla Słońca – wymagała miesięcy obliczeń na największych, najszybszych superkomputerach na świecie.

Naukowcy wykorzystali klastry z University of Oregon do szkolenia modelu głębokiego uczenia się i zastosowali go do ogromnego zestawu danych Gaia. Obecnie używają Frontera, najszybszego systemu na każdej uczelni, aby kontynuować pracę.

Necib i jej zespół planują dalsze badanie Nyx za pomocą teleskopów naziemnych. Dostarczy to informacji o składzie chemicznym strumienia i innych szczegółów, które pomogą im datować przybycie Nyx do Drogi Mlecznej i być może dostarczą wskazówek, skąd pochodzi.

Kolejne wydanie danych Gaia 2021 będzie zawierać dodatkowe informacje o 100 mln gwiazd w katalogu, dzięki czemu prawdopodobnie będzie tych jakby nagromadzonych gromad gwiazd.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Texas Advanced Computing Center

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *