জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা সেই নক্ষত্রগুলি খনন করে যা মিল্কিওয়ের জন্ম দিয়েছে

প্রায় 20 বছর ধরে, জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা লড়াই আমাদের গ্যালাক্সির স্ফীতির গ্যাস, ধুলো এবং নতুন নক্ষত্রের সাথে মিশ্রিত তারার একটি প্রাচীন দল খুঁজে বের করতে। এই "ফসিল" নক্ষত্রগুলি মিল্কিওয়ের পূর্বে ছিল এবং তাদের স্বতন্ত্র রসায়ন এবং কক্ষপথ দ্বারা চিহ্নিত করা উচিত ছিল। তবুও সম্প্রতি অবধি, তাদের মধ্যে অল্প সংখ্যকই কখনও পাওয়া গিয়েছিল।

এখন, ডেটা-ইনটেনসিভ মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে একটি দৃঢ় প্রয়াস তাদের মধ্যে একটি ধন খুঁজে পেয়েছে, তাদের বৈশিষ্ট্য এবং ভাগ্যকে ফোকাস করে। তাদের আবিষ্কারে ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলি বিজ্ঞানীদের মিল্কিওয়ের গঠন এবং সাধারণভাবে ডিস্ক গ্যালাক্সি সম্পর্কে তাদের বোঝার আপডেট করতে সক্ষম করেছে।

প্রতিযোগিতামূলক তত্ত্ব

জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেন যে মিল্কিওয়ের পূর্বে একটি প্রোটো-গ্যালাক্সি নামক কিছু ছিল - একটি হিংস্র, বিশৃঙ্খল জায়গা যেখানে বুনো কক্ষপথ সহ তরুণ তারা রয়েছে। এর মূল গল্পটি যথেষ্ট বিশ্বাসযোগ্যভাবে শুরু হয়। বিগ ব্যাং এর পরে, আমাদের মহাকাশ অঞ্চলে অন্ধকার পদার্থ একত্রিত হয়েছিল। ডার্ক ম্যাটার সাধারণ পদার্থকে আকর্ষণ করত। তারার প্রথম ঢেউ তখন উঠেছিল, কিন্তু এই তারাগুলি কীভাবে সেখানে পৌঁছেছিল তা কারও অনুমান ছিল।

"মানুষের কাছে প্রোটো-গ্যালাক্সি দেখতে কেমন তা সম্পর্কে সত্যিই ভাল ধারণা ছিল না," বলেন বেদান্ত চন্দ্র, হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির একজন জ্যোতির্পদার্থবিজ্ঞানী এবং এ বিষয়ে প্রধান লেখকদের একজন সাম্প্রতিক কাগজ প্রাচীন নক্ষত্র আবিষ্কারের বিশদ বিবরণ।

2000 এর দশকে, বিজ্ঞানীরা স্থির হয়েছিলেন দুটি গঠন তত্ত্ব. হয় প্রোটো-গ্যালাক্সিটি অভ্যন্তরীণভাবে মিল্কিওয়ের প্রথম নক্ষত্রের জন্ম দিয়েছে, যেমন গ্যাস নক্ষত্রে একত্রিত হয়েছিল, অথবা এটি অন্যান্য ছায়াপথকে নক্ষত্রে পরিণত করেছিল, তারাগুলিকে ছিঁড়ে ফেলে এবং অন্ধকার পদার্থকে সরিয়ে দেয়। প্রশ্নটি নিষ্পত্তি করার জন্য, জ্যোতির্বিজ্ঞানীদের মিল্কিওয়ের প্রথম দিকের তারার জনসংখ্যাকে আলাদা করতে হবে। অধ্যয়ন চিহ্নিত প্রার্থী তারকা, কিন্তু অভ্যন্তরীণ-নার্সারি তত্ত্ব সঠিক হলে, একটি অনেক বড় জীবাশ্ম জনসংখ্যা অনাবিষ্কৃত ছিল।

2022 সালে ইউরোপীয় মহাকাশ সংস্থার কাছে তাদের খুঁজে বের করার সুযোগ আসে গায়া স্পেস টেলিস্কোপ তার তৃতীয় সম্পূর্ণ ডেটা সেট প্রকাশ করেছে, যাকে বলা হয় DR3. গায়া 10 বছর আগে মিল্কিওয়ে জরিপ করার জন্য চালু করা হয়েছিল, এবং প্রতিটি ধারাবাহিক ডেটা রিলিজ অন্তর্ভুক্ত করেছে আরো সঠিক অবস্থান পরিমাপ আগের রিলিজের চেয়ে।

গুরুত্বপূর্ণভাবে, DR3-তে নাক্ষত্রিক বর্ণালীও অন্তর্ভুক্ত ছিল — আলোর বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যে একটি তারকা কতটা উজ্জ্বল তার পরিমাপ। এই স্পেকট্রোমেট্রি পরিমাপগুলি সাধারণত একটি নক্ষত্রের ভিতরে রাসায়নিক উপাদানগুলি পরীক্ষা করতে ব্যবহৃত হয়।

তারার জন্ম তারিখ নির্ধারণ করার জন্য, দলটি একটি স্ট্যান্ডার্ড স্পেকট্রোস্কোপিক কৌশলের উপর নির্ভর করেছিল যা ভারী উপাদানগুলির স্বাক্ষরের সন্ধান করে। (জ্যোতির্বিদ্যায়, "ভারী" মানে হাইড্রোজেন বা হিলিয়ামের চেয়ে বেশি বিশাল কিছু।) মহাবিশ্বের বয়স বাড়ার সাথে সাথে, হাইড্রোজেন সমৃদ্ধ নক্ষত্রগুলি সুপারনোভাতে বিস্ফোরিত হয় এবং মারা যায়, কার্বন এবং অক্সিজেনের মতো উপাদানগুলি বের করে দেয়। এই উপাদানটি তখন নতুন, ভারী-উপাদানের তারাতে একত্রিত হয়, যা ধাতু-সমৃদ্ধ তারা নামেও পরিচিত। তাই সাম্প্রতিক নক্ষত্রগুলি ধাতু-সমৃদ্ধ, এবং ধাতব-দরিদ্র নক্ষত্রগুলি অবশ্যই প্রোটো-গ্যালাক্সিতে উদ্ভূত হয়েছে।

মেটাল ডিটেক্টর

দলটি যখন Gaia DR3 ডেটা দেখে, তবে, তারা আবিষ্কার করতে হতাশ হয়েছিল যে স্পেকট্রোমিটার রিডিংগুলি পৃথক রাসায়নিক শিখরগুলি প্রকাশ করার জন্য খুব বিস্তৃত ছিল। "প্রায় 200 মিলিয়ন তারার জন্য বর্ণালী তথ্য প্রকাশ করা হয়েছিল, তবে এগুলি খুব কম-রেজোলিউশনের বর্ণালী। আপনি যদি বর্ণালীটি দেখেন তবে এটি কেবল একগুচ্ছ নড়বড়ে,” চন্দ্র বলেন।

তাই দলটি কোলাহলপূর্ণ, কম-রেজোলিউশন স্পেকট্রা থেকে ভারী উপাদানগুলির সংকেত বের করতে মেশিন লার্নিং-এর দিকে ঝুঁকছে। তারা XGBoost নামে একটি অফ-দ্য-শেল্ফ অ্যালগরিদম ব্যবহার করেছে এবং অন্যান্য সমীক্ষা থেকে উচ্চ-মানের বর্ণালী ডেটা ব্যবহার করে এটিকে প্রশিক্ষিত করেছে। এই প্রশিক্ষণের মাধ্যমে, অ্যালগরিদম শুধুমাত্র নিম্ন-মানের গায়া ওয়াইগলের উপর ভিত্তি করে তারার ধাতবতা প্রকাশ করতে সক্ষম হয়েছিল। যখন দলটি মিল্কিওয়ের তিনটি অনন্য বিভাগে তিনটি স্বতন্ত্র উচ্চ-মানের আকাশ সমীক্ষা দ্বারা সংগৃহীত ডেটার বিরুদ্ধে তাদের ভবিষ্যদ্বাণীগুলি দুবার পরীক্ষা করে, তখন তারা শক্ত চুক্তি খুঁজে পায়।

অ্যালগরিদমের অভ্যন্তরীণ রহস্যের দিকে তাকিয়ে, চন্দ্র দেখতে পান যে এটি একটি তারার ভারী-উপাদানের প্রাচুর্য নির্ধারণ করেছে প্রায় একচেটিয়াভাবে তারার ক্যালসিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়াম শোষণ লাইনের উপর ভিত্তি করে। এটি ত্রুটির সম্ভাব্য উত্সগুলির জন্যও সংশোধন করেছে, যেমন মহাজাগতিক ধূলিকণা এবং গ্যাসের ঘন জট যা পৃথিবী এবং মিল্কিওয়ের কেন্দ্রের মধ্যে অবস্থিত। "যদি তারার দৃষ্টিশক্তির লাইনে প্রচুর ধূলিকণা থাকে তবে সেই wigglesগুলির আকার পরিবর্তন হবে," তিনি বলেছিলেন। "এবং এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ আমরা ছায়াপথের কেন্দ্র অধ্যয়ন করছি, যা ধুলোয় ভরা।"

দলটি 1.5 মিলিয়ন তারার জনসংখ্যাকে কমিয়ে প্রায় 18,000 প্রথম দিকের নক্ষত্রে নামিয়ে এনেছে যেখানে মিল্কিওয়ের স্ফীতিতে অবস্থিত কম ধাতবতা রয়েছে। "এক দশক আগে, আমি প্রায় 1,000 কম-ধাতুত্বের স্ফীতি নক্ষত্রের নমুনা পেয়ে রোমাঞ্চিত হয়েছিলাম," বলেছেন মেলিসা নেস, কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্বিজ্ঞানী। “আমরা এখন এই ধাতু-দরিদ্র তারার হাজার হাজার শাসনের মধ্যে আছি। এটি কাজ করার জন্য একটি অবিশ্বাস্য ডেটা সেট।"

গবেষকদের এখনও অন্তত আরও একটি প্রশ্নের উত্তর দেওয়া দরকার: প্রোটো-গ্যালাক্সির তারাগুলি কোথায় যাচ্ছিল? উত্তরটি এসেছে Gaia DR3 রিলিজে নতুনভাবে উপলব্ধ অন্য ধরনের পরিমাপ থেকে — যে গতিতে তারাগুলো আমাদের দৃষ্টির রেখা বরাবর চলে যাচ্ছে। এই বেগ জানার ফলে প্রতিটি তারার কক্ষপথ উন্মোচন করা সম্ভব হয়েছে।

যা আবির্ভূত হয়েছিল তা হল একটি হ্যালো-আকৃতির প্রোটো-গ্যালাক্সির প্রতিকৃতি, যেমনটি কিছু তাত্ত্বিকদের দ্বারা প্রত্যাশিত ছিল। বয়স্ক, ধাতু-দরিদ্র নক্ষত্রের জনসংখ্যা 9,000 আলোকবর্ষ ব্যাসার্ধের একটি ছোট, আঁটসাঁট গোলকের মধ্যে প্রদক্ষিণ করে, যেটিকে দলটি মিল্কিওয়ের "দরিদ্র পুরানো হৃদয়" বলে অভিহিত করেছে।

সামগ্রিকভাবে, অনুসন্ধানগুলি পরামর্শ দেয় যে প্রোটো-গ্যালাক্সি অন্যান্য ছায়াপথ থেকে তারা চুরি করেনি। যদি এটি থাকে তবে তাদের তারার কক্ষপথগুলি মিল্কিওয়ের বাইরে অঞ্চলের দিকে পরিচালিত হবে।

আরো উদ্ঘাটন

1.5 মিলিয়ন মিল্কিওয়ে নক্ষত্রের জন্য বেগ এবং বর্ণালী পরিমাপ ইতিমধ্যেই হাতে রয়েছে, চন্দ্র তার দৃষ্টি নিক্ষেপ করেছেন সম্পর্কিত তত্ত্বের দিকে যা পরীক্ষা করা যেতে পারে। একটি সাম্প্রতিক একটি দাঁড়িয়েছে.

2022 সালে দুই কাগজপত্র মিল্কিওয়ের ডিস্ক গঠনের জন্য একটি টাইমলাইনে ইঙ্গিত করা হয়েছে। তত্ত্বটি বলে যে প্রোটো-গ্যালাক্সির উত্থানের পরে, অঞ্চলটি "সিম করে", গ্যাস সংগ্রহ করে এবং ধাতব-দরিদ্র তারা তৈরি করে। এক বিলিয়ন বছর পর, উদীয়মান ছায়াপথ "সিদ্ধ" হয়ে 2 বিলিয়ন থেকে 3 বিলিয়ন বছর ধরে ধাতু সমৃদ্ধ নক্ষত্রের জন্ম দিয়েছে। এই নতুন তারকারা আলাদা ছিল। তারা চাটুকার কক্ষপথ অনুসরণ করেছিল। ছায়াপথটি শীতল হওয়ার সাথে সাথে একটি রেজার-পাতলা ডিস্ক তৈরি হয়েছে, নতুন টানা তারা (আমাদের সূর্য সহ) গ্যালাকটিক কেন্দ্রের চারপাশে পরিপাটি বৃত্তাকার কক্ষপথে চলাফেরা করে।

চন্দ্রের ডেটা সেটে 1.5 মিলিয়ন তারা এই টাইমলাইনটি নিশ্চিত করেছে। "আমরা যা দেখছি তা হল মিল্কিওয়ে প্রথমবারের মতো ঘুরছে," তিনি ব্যাখ্যা করেছিলেন। "আপনি মূলত গ্যালাক্সির ডিস্কের জন্ম দেখছেন।" তিনি এবং তার সহকর্মীরা এখন সম্পূর্ণ 30-মিলিয়ন-স্টার ডেটা সেট ব্যবহার করছেন আরও ব্যাপক চেহারা প্রদান করতে। "বাল্জটি কয়েক দশক ধরে আনুষ্ঠানিকভাবে বিভ্রান্তিকর ছিল," উইল ক্লার্কসন, মিশিগান বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন জ্যোতির্বিজ্ঞানী, ডিয়ারবর্ন। "এটি এই জীবাশ্ম জনসংখ্যার মধ্যে একটি নতুন উইন্ডোর একটি ভাল উদ্বোধন হয়েছে।"