천문학자들은 은하수를 탄생시킨 별들을 파헤친다

약 20년 동안 천문학자들은 고생 한 우리 은하 팽창부의 가스, 먼지 및 새로운 별과 혼합된 고대 별 그룹을 찾는 것입니다. 이 "화석" 별들은 은하수보다 먼저 존재했으며 그들의 독특한 화학적 성질과 궤도로 식별할 수 있어야 했습니다. 그러나 최근까지 소수만이 발견되었습니다.

이제 데이터 집약적인 머신 러닝을 사용한 단호한 노력으로 이들의 특징과 운명에 초점을 맞춘 보물을 발굴했습니다. 그들의 발견에 사용된 방법은 과학자들이 은하수의 형성과 일반적으로 원반 은하에 대한 이해를 업데이트할 수 있게 해주었습니다.

경쟁 이론

천문학자들은 은하수가 원시 은하(proto-galaxy)라고 불리는 것, 즉 거친 궤도를 가진 어린 별들을 포함하는 폭력적이고 혼란스러운 장소에 의해 선행되었다고 믿습니다. 그 기원 이야기는 충분히 믿을만하게 시작됩니다. 빅뱅 이후 암흑 물질은 우리 우주 영역에서 합쳐졌습니다. 암흑 물질은 일반 물질을 끌어당겼습니다. 그런 다음 첫 번째 별의 물결이 일어났지만 이 별들이 어떻게 거기에 도달했는지는 아무도 추측할 수 없었습니다.

"사람들은 원시 은하가 어떻게 생겼는지에 대해 정말 잘 몰랐습니다."라고 말했습니다. 베단트 찬드라, 하버드 대학교의 천체물리학자이자 최근 논문 고대 별 발견에 대해 자세히 설명합니다.

2000년대까지 과학자들은 두 가지 형성 이론. 원시은하가 가스가 별들로 합쳐지면서 내부적으로 우리은하의 첫 번째 별들을 탄생시켰거나, 다른 은하들을 잠식하여 별들을 떼어내고 암흑 물질을 빨아들였습니다. 이 문제를 해결하기 위해 천문학자들은 은하수의 초기 별 집단을 분리해야 합니다. 확인된 연구 후보 별, 그러나 내부 보육 이론이 정확하다면 훨씬 더 많은 화석 개체군이 발견되지 않았습니다.

그들을 찾을 기회는 2022년 유럽 우주국의 가이아 우주망원경 라는 세 번째 전체 데이터 세트를 발표했습니다. DR3. 가이아는 은하수를 조사하기 위해 10년 전에 발사되었으며 각각의 연속적인 데이터 릴리스에는 다음이 포함되었습니다. 보다 정확한 위치 측정 이전 릴리스보다.

중요한 점은 DR3에 별의 스펙트럼(빛의 다른 파장에서 별이 얼마나 밝은지를 측정하는 것)도 포함되어 있다는 것입니다. 이러한 분광법 측정은 일반적으로 별 내부의 화학 원소를 조사하는 데 사용됩니다.

별의 탄생일을 결정하기 위해 팀은 무거운 원소의 서명을 찾는 표준 분광 기술에 의존했습니다. (천문학에서 "무겁다"는 것은 수소나 헬륨보다 더 무거운 것을 의미합니다.) 우주가 늙어감에 따라 수소가 풍부한 별은 초신성으로 폭발하고 죽어 탄소와 산소와 같은 원소를 분출합니다. 그런 다음 이 물질은 금속이 풍부한 별이라고도 알려진 새로운 무거운 원소 별으로 합쳐집니다. 따라서 보다 최근의 별은 금속이 풍부하고 금속이 부족한 별은 원시 은하에서 기원한 것이 틀림없습니다.

금속 탐지기

그러나 팀이 Gaia DR3 데이터를 보았을 때 그들은 분광계 판독값이 개별 화학 피크를 나타내기에는 너무 광범위하다는 사실에 실망했습니다. “약 200억 개의 별에 대한 분광 정보가 공개됐지만, 이것들은 해상도가 매우 낮은 스펙트럼이다. 스펙트럼을 보면 그저 흔들리는 것일 뿐입니다.”라고 찬드라가 말했습니다.

그래서 팀은 시끄러운 저해상도 스펙트럼에서 더 무거운 원소의 신호를 추출하기 위해 머신 러닝으로 전환했습니다. 그들은 XGBoost라는 기성품 알고리즘을 사용했고 다른 설문 조사의 고품질 스펙트럼 데이터를 사용하여 훈련했습니다. 이 훈련을 통해 알고리즘은 낮은 품질의 가이아 흔들림만을 기반으로 별의 금속성을 드러낼 수 있었습니다. 팀이 은하수의 고유한 세 부분에서 다른 세 가지 독립적인 고품질 하늘 조사에서 수집한 데이터와 비교하여 예측을 다시 확인했을 때 긴밀한 일치를 발견했습니다.

알고리즘의 내부 비밀을 조사한 Chandra는 거의 전적으로 별의 칼슘 및 마그네슘 흡수선에 기반하여 별의 중원소 풍부도를 결정한다는 사실을 발견했습니다. 또한 지구와 은하수 중심 사이에 있는 우주 먼지와 가스의 조밀한 엉킴과 같은 잠재적인 오류 원인을 수정했습니다. "별에 대한 시선에 먼지가 많으면 그 흔들림의 모양이 바뀔 것"이라고 그는 말했다. "그리고 그것은 우리가 먼지로 가득 찬 은하의 중심을 연구하고 있기 때문에 중요합니다."

팀은 1.5만 개의 별 인구를 은하수 팽대부에 위치한 낮은 금속성 초기 별 약 18,000개로 줄였습니다. "1,000년 전, 나는 거의 XNUMX개의 낮은 금속성 벌지 별 샘플을 가지고 감격했습니다."라고 말했습니다. 멜리사 네스, 컬럼비아 대학교의 천문학자. “우리는 현재 금속이 부족한 수천 개의 별을 보유하고 있는 상황에 처해 있습니다. 작업할 수 있는 놀라운 데이터 세트입니다.”

연구원들은 여전히 ​​최소한 한 가지 질문에 답해야 했습니다. 원시 은하계의 별들은 어디로 향하고 있었습니까? 답은 Gaia DR3 릴리스에서 새롭게 제공되는 또 다른 유형의 측정, 즉 별이 우리의 시선을 따라 움직이는 속도에서 나왔습니다. 이 속도를 알면 각 별의 궤도를 밝힐 수 있습니다.

나타난 것은 일부 이론가들이 예상한 것처럼 후광 모양의 원시 은하의 초상이었습니다. 나이가 많고 금속이 부족한 별들의 인구는 반지름이 9,000광년인 작고 단단한 구체에서 궤도를 돌고 있는데, 팀은 이를 은하수의 "가난한 늙은 심장"이라고 불렀습니다.

전반적으로 이 발견은 원시 은하가 다른 은하에서 별을 훔치지 않았음을 시사합니다. 만약 그렇다면, 그들의 항성 궤도는 은하수 너머 지역으로 향할 것입니다.

더 많은 계시

1.5만 개의 은하수 별에 대한 속도 및 분광 측정을 이미 손에 넣은 상태에서 Chandra는 확인할 수 있는 관련 이론에 시선을 돌렸습니다. 최근 하나가 눈에 띄었습니다.

2022년에 두 서류 은하수의 원반 형성에 대한 연대표를 암시했습니다. 이론은 원시 은하가 발생한 후 그 지역이 "끓어" 가스를 수집하고 금속이 부족한 별을 만들었다는 것입니다. 2억년 후, 출현한 은하는 끓어오르며 3억에서 XNUMX억년 동안 미친 듯이 금속이 풍부한 별을 낳았다. 이 새로운 별들은 달랐습니다. 그들은 더 평평한 궤도를 따랐습니다. 은하계가 식으면서 면도날처럼 얇은 원반이 형성되었고, 은하 중심 주변의 깔끔한 원형 궤도를 따라 움직이는 새로 생성된 별(태양 포함)로 가득 차 있었습니다.

Chandra의 데이터 세트에 있는 1.5만 개의 별이 이 타임라인을 확인했습니다. "우리가 보고 있는 것은 은하수가 처음으로 회전하는 것입니다."라고 그는 설명했습니다. "당신은 본질적으로 은하계의 원반의 탄생을 보고 있는 것입니다." 그와 그의 동료들은 이제 훨씬 더 포괄적인 모습을 제공하기 위해 전체 30천만 개 별 데이터 세트를 사용하고 있습니다. "팽창은 수십 년 동안 공식적으로 혼란스러워했습니다." 윌 클락슨, 디어본에 있는 미시간 대학교의 천문학자. "이것은 이 화석 인구에 대한 새로운 창을 여는 좋은 기회였습니다."