खगोलविदों ने मिल्की वे को जन्म देने वाले सितारों को खोदा

लगभग 20 वर्षों के लिए, खगोलविदों के पास है संघर्ष किया हमारी आकाशगंगा के उभार के गैस, धूल और नए सितारों के साथ मिश्रित सितारों के एक प्राचीन समूह को खोजने के लिए। ये "जीवाश्म" तारे मिल्की वे से पहले के थे और इन्हें उनके विशिष्ट रसायन विज्ञान और कक्षाओं द्वारा पहचाना जाना चाहिए था। फिर भी कुछ समय पहले तक, उनमें से बहुत कम संख्या में ही कभी पाए गए थे।

अब, डेटा-गहन मशीन लर्निंग का उपयोग करने के एक दृढ़ प्रयास ने उनकी विशेषताओं और नियति पर ध्यान केंद्रित करते हुए, उनकी एक टुकड़ी का पता लगाया है। उनकी खोज में उपयोग की गई विधियों ने वैज्ञानिकों को मिल्की वे के गठन और डिस्क आकाशगंगाओं की सामान्य रूप से अपनी समझ को अद्यतन करने में सक्षम बनाया है।

प्रतिस्पर्धी सिद्धांत

खगोलविदों का मानना ​​​​है कि मिल्की वे को प्रोटो-गैलेक्सी नामक किसी चीज से पहले किया गया था - एक हिंसक, अराजक जगह जिसमें जंगली कक्षाओं वाले युवा सितारे हैं। इसकी मूल कहानी काफी विश्वसनीय रूप से शुरू होती है। बिग बैंग के बाद, अंतरिक्ष के हमारे क्षेत्र में डार्क मैटर जमा हुआ। डार्क मैटर ने साधारण पदार्थ को आकर्षित किया। इसके बाद तारों की पहली लहर उठी, लेकिन ये तारे वहां कैसे पहुंचे इसका अंदाजा किसी को नहीं था।

"लोगों को वास्तव में इस बात का अच्छा अंदाजा नहीं था कि प्रोटो-गैलेक्सी कैसी दिखती है," कहा वेदांत चंद्रा, हार्वर्ड विश्वविद्यालय में एक खगोल वैज्ञानिक और ए पर प्रमुख लेखकों में से एक हाल ही में कागज प्राचीन सितारा खोजों का विवरण।

2000 के दशक तक, वैज्ञानिक बस गए थे दो गठन सिद्धांत. या तो प्रोटो-गैलेक्सी ने मिल्की वे के पहले सितारों को आंतरिक रूप से जन्म दिया, क्योंकि गैस सितारों में जम गई, या इसने अन्य आकाशगंगाओं को नरभक्षी बना दिया, सितारों को चीर कर डार्क मैटर को हटा दिया। इस सवाल का समाधान करने के लिए, खगोलविदों को मिल्की वे की शुरुआती स्टार आबादी को अलग करना होगा। अध्ययन की पहचान की उम्मीदवार सितारे, लेकिन अगर आंतरिक-नर्सरी सिद्धांत सही था, तो एक बहुत बड़ी जीवाश्म आबादी अनदेखी पड़ी थी।

उन्हें खोजने का अवसर 2022 में आया जब यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के गैया अंतरिक्ष दूरबीन डेटा का तीसरा पूर्ण सेट जारी किया, जिसे DR3. Gaia को 10 साल पहले मिल्की वे का सर्वेक्षण करने के लिए लॉन्च किया गया था, और प्रत्येक क्रमिक डेटा रिलीज़ में शामिल है अधिक सटीक स्थिति माप पूर्व रिलीज की तुलना में।

महत्वपूर्ण रूप से, DR3 में तारकीय स्पेक्ट्रा भी शामिल है - प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर एक तारा कितना चमकीला है, इसका माप। ये स्पेक्ट्रोमेट्री माप आमतौर पर किसी तारे के अंदर रासायनिक तत्वों की जांच के लिए उपयोग किए जाते हैं।

सितारों की जन्मतिथि निर्धारित करने के लिए, टीम एक मानक स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक पर निर्भर थी जो भारी तत्वों के हस्ताक्षरों की तलाश करती है। (खगोल विज्ञान में, "भारी" का अर्थ हाइड्रोजन या हीलियम से अधिक विशाल कुछ भी है।) ब्रह्मांड की आयु के रूप में, हाइड्रोजन युक्त तारे सुपरनोवा में विस्फोट करते हैं और कार्बन और ऑक्सीजन जैसे तत्वों को बाहर निकालते हुए मर जाते हैं। यह सामग्री तब नए, भारी-तत्व वाले तारों में विलीन हो जाती है, जिन्हें धातु-समृद्ध तारे भी कहा जाता है। तो अधिक हाल के तारे धातु से समृद्ध हैं, और धातु-गरीब तारे प्रोटो-गैलेक्सी में उत्पन्न हुए होंगे।

मेटल डिटेक्टर्स

जब टीम ने Gaia DR3 डेटा देखा, हालांकि, वे यह जानकर निराश हुए कि स्पेक्ट्रोमीटर रीडिंग व्यक्तिगत रासायनिक चोटियों को प्रकट करने के लिए बहुत व्यापक थे। "लगभग 200 मिलियन सितारों के लिए वर्णक्रमीय जानकारी जारी की गई थी, लेकिन ये बहुत कम-रिज़ॉल्यूशन वाले स्पेक्ट्रा हैं। यदि आप स्पेक्ट्रम को देखें तो यह केवल एक तरह का उतार-चढ़ाव है।'

इसलिए टीम ने शोरगुल, कम-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा से भारी तत्वों के संकेतों को निकालने के लिए मशीन लर्निंग की ओर रुख किया। उन्होंने XGBoost नामक एक ऑफ-द-शेल्फ एल्गोरिथम का उपयोग किया, और अन्य सर्वेक्षणों से उच्च-गुणवत्ता वाले वर्णक्रमीय डेटा का उपयोग करके इसे प्रशिक्षित किया। इस प्रशिक्षण के साथ, एल्गोरिद्म सितारों की धात्विकता को प्रकट करने में सक्षम था, जो केवल निम्न-गुणवत्ता वाले गैया विगल्स पर आधारित था। जब टीम ने मिल्की वे के तीन अनूठे वर्गों में तीन अन्य स्वतंत्र उच्च-गुणवत्ता वाले आकाश सर्वेक्षणों द्वारा एकत्र किए गए डेटा के खिलाफ अपनी भविष्यवाणियों की दोबारा जांच की, तो उन्हें कड़ी सहमति मिली।

एल्गोरिथ्म के आंतरिक रहस्यों को देखते हुए, चंद्रा ने पाया कि इसने स्टार के कैल्शियम और मैग्नीशियम अवशोषण लाइनों पर लगभग विशेष रूप से आधारित एक स्टार के भारी-तत्व बहुतायत का फैसला किया। यह त्रुटि के संभावित स्रोतों के लिए भी सही है, जैसे कि ब्रह्मांडीय धूल और गैस की घनी उलझनें जो पृथ्वी और मिल्की वे के केंद्र के बीच स्थित हैं। "उन झूलों का आकार बदल जाएगा यदि तारे की दृष्टि की रेखा में बहुत अधिक धूल है," उन्होंने कहा। "और यह महत्वपूर्ण है क्योंकि हम आकाशगंगा के केंद्र का अध्ययन कर रहे हैं, जो धूल से भरा हुआ है।"

टीम ने मिल्की वे के उभार में स्थित कम धात्विकता वाले 1.5 मिलियन सितारों की आबादी को लगभग 18,000 शुरुआती सितारों तक सीमित कर दिया। "एक दशक पहले, मैं लगभग 1,000 कम-धात्विक उभार वाले सितारों का नमूना पाकर रोमांचित था," कहा मेलिसा नेस, कोलंबिया विश्वविद्यालय में एक खगोलशास्त्री। "अब हम ऐसे हजारों धातु-गरीब सितारों के शासन में हैं। यह काम करने के लिए एक अविश्वसनीय डेटा सेट है।"

शोधकर्ताओं को अभी भी कम से कम एक और प्रश्न का उत्तर देने की आवश्यकता थी: प्रोटो-गैलेक्सी के सितारे कहाँ जा रहे थे? उत्तर Gaia DR3 रिलीज़ में उपलब्ध एक अन्य प्रकार के माप से आया है - वह गति जिस पर तारे हमारी दृष्टि रेखा के साथ आगे बढ़ रहे हैं। इस वेग को जानने से प्रत्येक तारे की कक्षा को उजागर करना संभव हो गया।

जैसा कि कुछ सिद्धांतकारों द्वारा अनुमान लगाया गया था, जो उभरा वह एक प्रभामंडल के आकार की प्रोटो-आकाशगंगा का चित्र था। बुजुर्ग, धातु-गरीब सितारों की आबादी 9,000 प्रकाश-वर्ष की त्रिज्या के साथ एक छोटे, तंग क्षेत्र में परिक्रमा करती है, जिसे टीम ने मिल्की वे के "पुअर ओल्ड हार्ट" करार दिया।

कुल मिलाकर, निष्कर्ष बताते हैं कि प्रोटो-गैलेक्सी ने अन्य आकाशगंगाओं से तारे नहीं चुराए। यदि ऐसा होता, तो उनकी तारकीय कक्षाएँ मिल्की वे से परे के क्षेत्रों की ओर जातीं।

अधिक खुलासे

1.5 मिलियन मिल्की वे सितारों के लिए पहले से ही वेग और स्पेक्ट्रोमेट्री माप हाथ में होने के साथ, चंद्रा ने संबंधित सिद्धांतों पर अपनी नज़र डाली, जिन्हें जांचा जा सकता था। हाल ही में एक बाहर खड़ा था।

2022 में, दो कागजात मिल्की वे के डिस्क गठन के लिए एक समयरेखा पर संकेत दिया। सिद्धांत यह जाता है कि प्रोटो-गैलेक्सी के उत्पन्न होने के बाद, क्षेत्र "उफना", गैस एकत्र करना और धातु-गरीब सितारों का निर्माण करना। एक अरब वर्षों के बाद, उभरती आकाशगंगा "उबली", 2 अरब से 3 अरब वर्षों के लिए धातु-समृद्ध सितारों को जन्म दे रही है। ये नए सितारे अलग थे। उन्होंने चापलूसी कक्षाओं का पालन किया। जैसे ही आकाशगंगा ठंडी हुई, एक रेजर-पतली डिस्क का निर्माण हुआ, जो नवनिर्मित सितारों (हमारे सूर्य सहित) से भरी हुई थी, जो गांगेय केंद्र के चारों ओर साफ-सुथरी गोलाकार कक्षाओं में घूम रही थी।

चंद्रा के डेटा सेट में 1.5 मिलियन सितारों ने इस समयरेखा की पुष्टि की। "हम जो देख रहे हैं वह मिल्की वे पहली बार घूम रहा है," उन्होंने समझाया। "आप अनिवार्य रूप से आकाशगंगा की डिस्क का जन्म देख रहे हैं।" वह और उनके सहयोगी अब और भी व्यापक रूप प्रदान करने के लिए पूर्ण 30 मिलियन-स्टार डेटा सेट का उपयोग कर रहे हैं। "उभार आधिकारिक तौर पर दशकों से भ्रमित कर रहा है," विल क्लार्कसन, मिशिगन विश्वविद्यालय, डियरबॉर्न में एक खगोलशास्त्री। "यह इस जीवाश्म आबादी में एक नई खिड़की का अच्छा उद्घाटन रहा है।"