Поглед върху първия оборот на Млечният път

Идентифицирани са 1,5 милиона от първите звезди в галактиката

Ваня Милева Последна промяна на 28 март 2023 в 17:39 8442 0

Карта на Млечния път

Кредит Wikimedia Commons

Карта на Млечния път.

В продължение на около 20 години астрономите се опитват да намерят древна група звезди, смесени с газ, прах и по-нови звезди от изпъкналостта на нашата галактика. Тези звездни „фосили“ са предхождали Млечния път и е трябвало да бъдат различими по тяхната характерна химия и орбити. И все пак доскоро само малък брой от тях са открити.

Сега с помощта на машинно обучение с интензивно използване на данни, се разкриват множество от тях, поставяйки на фокус техните характеристики и съдби. Методите, използвани при тяхното откритие, позволяват на учените да актуализират своите познания за образуването на Млечния път и дисковите галактики като цяло.

Конкуриращи се теории

Астрономите смятат, че Млечният път е бил предшестван от нещо, наречено протогалактика - бурно, хаотично място, съдържащо млади звезди с шантави орбити. Историята на произхода му започва достатъчно достоверно. След Големия взрив тъмната материя се обединява в нашия регион на космоса. Тъмната материя привлича обикновената материя. Тогава се появяват първите звезди, но как тези звезди са попаднали там, никой не може да гадае.

„Хората нямат добра представа за това как е изглеждала протогалактиката“, коментира Ведант Чандра (Vedant Chandra), астрофизик от Харвардския университет и един от водещите автори на нова статия, описваща подробно откритията на древни звезди.

До първото десетилетие на този век учените се спирал на две теории за формирането на протогалактиката. Или протогалактиката е родила първите звезди на Млечния път вътрешно, когато газът се е слял в звезди, или е погълнала други галактики, изтръгвайки звезди и изсмуквайки тъмна материя. За да разрешат въпроса, астрономите ще трябва да изолират най-ранната звездна популация на Млечния път. Проучванията идентифицират кандидат-звезди, но ако теорията за вътрешното люпило бе вярна, много по-голяма популация от древни звезди остава неоткрита.

Възможността да ги открием се появява през 2022 г., когато космическият телескоп Gaia на Европейската космическа агенция публикува своя трети пълен набор от данни, наречен DR3. Gaia е изстрелян преди 10 години, за да изследва Млечния път и всяко следващо публикуване на данни включва все по-точни измервания на позицията от предишните публикации.

Важно е, че DR3 включва и звездни спектри - измервания на това колко ярка е една звезда при различни дължини на вълната на светлината. Тези спектрометрични измервания обикновено се използват за изследване на химичните елементи вътре в звездата.

За да определи датите на раждане на звездите, екипът разчита на стандартна спектроскопска техника, която търси сигнатурите на тежки елементи. (В астрономията „тежки“ означава нещо по-масивно от водород или хелий.) С остаряването на Вселената богатите на водород звезди детонират в свръхнови и умират, отделяйки елементи като въглерод и кислород. След това този материал се слива в нови звезди с по-тежки елементи, известни също като богати на метали звезди. Така че по-новите звезди са богати на метали, а бедните на метал звезди трябва да са възникнали в протогалактиката.

Метални детектори

Когато обаче екипът вижда данните от Gaia DR3, те са били разочаровани да открият, че показанията на спектрометъра са твърде широки, за да разкрият отделни химически пикове.

„Спектралната информация за около 200 милиона звезди беше публикувана, но това са спектри с много ниска разделителна способност. Ако погледнете спектъра, това е просто куп потрепвания“, отбелязва Чандра.

Така че екипът се насочва към машинното обучение, за да извлече сигналите на по-тежки елементи от шумните спектри с ниска разделителна способност. Те използват готов алгоритъм, наречен XGBoost, и го обучават, използвайки висококачествени спектрални данни от други проучвания. С това обучение алгоритъмът успява да разкрие металичността на звездите въз основа единствено на нискокачествените движения на Gaia. Когато екипът проверява два пъти своите прогнози спрямо данните, събрани от три други независими висококачествени проучвания на небето в три уникални секции на Млечния път, те установяват, че данните се съгласуват.

Новата история на Млечния път

Вглеждайки се в резултатите, Чандра установява, че алгоритъмът определя изобилието на тежки елементи в звездата въз основа почти изключително на линиите на абсорбция на калций и магнезий на звездата. Той също така коригира потенциални източници на грешка, като гъстите плетеници от космически прах и газ, които се намират между Земята и центъра на Млечния път. 

Екипът намалява популацията от 1,5 милиона звезди до около 18 000 ранни звезди с ниска металичност, разположени в изпъкналостта на Млечния път. Това е невероятен набор от данни за работа.

Изследователите все пак трябва да отговорят на поне още един въпрос: Накъде са се движили звездите от протогалактиката? Отговорът идва от друг вид измервания, които са на разположение в новата версия на Gaia DR3 - скоростта, с която звездите се движат по протежение на нашата зрителна линия. Познаването на тази скорост позволява да се разкрие орбитата на всяка звезда.

Получи се портрет на протогалактика с форма на ореол, както очакват някои теоретици. Популацията от стари, бедни на метали звезди обикаля в малка, тясна сфера с радиус 9 000 светлинни години, която екипът нарича "бедното старо сърце" на Млечния път.

Като цяло откритията предполагат, че протогалактиката не е крадяла звезди от други галактики. Ако беше така, техните звездни орбити щяха да се насочат към региони извън Млечния път.

Още прозрения

След като вече има на разположение скоростта и спектрометричните измервания за 1,5 милиона звезди от Млечния път, Чандра преглежда свързани теории, които могат да бъдат проверени. Една от последните се откроява.

През 2022 г. две статии загатват времевата линия на формиране на диска на Млечния път. Теорията гласи, че след възникването на протогалактиката регионът е "кипял", събирайки газ и създавайки бедни на метал звезди. След един милиард години възникналата галактика "закипяла", като в продължение на 2 до 3 милиарда години трескаво раждала богати на метали звезди. Тези по-нови звезди са били различни. Те следвали по-плоски орбити. Когато галактиката се охладила, се образувал тънък като бръснач диск, изпълнен с новоизлюпени звезди (включително нашето Слънце), които се движели по спретнати кръгови орбити около галактическия център.

1,5 милиона звезди в набора от данни на Чандра потвърждават тази хронология.

"Това, което виждаме, е Млечният път при първото му завъртане", обяснява Чандра. "По същество виждаме раждането на диска на галактиката."

Сега той и колегите му използват пълния набор от данни за 30 милиона звезди, за да предоставят още по-обстоен поглед.

Справка: 

The Poor Old Heart of the Milky Way
Hans-Walter Rix, Vedant Chandra, René Andrae, Adrian M. Price-Whelan, David H. Weinberg, Charlie Conroy, Morgan Fouesneau, David W Hogg, Francesca De Angeli, Rohan P. Naidu, Maosheng Xiang and Daniela Ruz-Mieres
The Astrophysical Journal, Volume 941, Number 1
DOI 10.3847/1538-4357/ac9e01

Източник: Astronomers Dig Up the Stars That Birthed the Milky Way, Lyndie Chiou, Quanta Magazine 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !