Gökbilimciler Samanyolu'nu Doğuran Yıldızları Kazdılar

Gökbilimciler yaklaşık 20 yıldır mücadele galaksimizin şişkinliğindeki gaz, toz ve daha yeni yıldızlarla karışmış eski bir yıldız grubunu bulmak için. Bu "fosil" yıldızlar Samanyolu'ndan önce geldiler ve ayırt edici kimyaları ve yörüngeleri ile ayırt edilebilir olmaları gerekiyordu. Ancak yakın zamana kadar, bunlardan sadece küçük bir kısmı bulunmuştu.

Şimdi, veri yoğun makine öğrenimini kullanan kararlı bir çaba, özelliklerini ve kaderlerini odak noktasına getirerek, onlardan bir hazineyi ortaya çıkardı. Keşiflerinde kullanılan yöntemler, bilim adamlarının Samanyolu'nun oluşumu ve genel olarak disk gökadalar hakkındaki anlayışlarını güncellemelerini sağladı.

Rekabet Teorileri

Gökbilimciler, Samanyolu'ndan önce proto-galaksi denen bir şeyin - çılgın yörüngelere sahip genç yıldızları içeren şiddetli, kaotik bir yer - geldiğine inanıyor. Kökeni hikayesi yeterince inandırıcı bir şekilde başlar. Big Bang'den sonra karanlık madde uzay bölgemizde birleşti. Karanlık madde sıradan maddeyi kendine çekiyordu. Daha sonra ilk yıldız dalgaları ortaya çıktı, ancak bu yıldızların oraya nasıl geldiklerini kimse tahmin edemiyordu.

"İnsanların proto-galaksinin neye benzediği hakkında gerçekten iyi bir fikri yoktu" dedi. Vedan Chandra, Harvard Üniversitesi'nde bir astrofizikçi ve baş yazarlardan biri son kağıdı antik yıldız keşiflerini detaylandırıyor.

2000'li yıllara gelindiğinde, bilim adamları iki oluşum teorisi. Ya proto-galaksi, gaz yıldızlara dönüştüğü için Samanyolu'nun ilk yıldızlarını dahili olarak doğurdu ya da diğer galaksileri yamyamlaştırdı, yıldızları parçaladı ve karanlık maddeyi sifonladı. Soruyu çözmek için gökbilimcilerin Samanyolu'nun en eski yıldız popülasyonunu izole etmeleri gerekecek. Tanımlanan çalışmalar aday yıldızlar, ancak dahili fidanlık teorisi doğruysa, çok daha büyük bir fosil popülasyonu keşfedilmemişti.

Onları bulma fırsatı, 2022'de Avrupa Uzay Ajansı'nın Gaia uzay teleskobu adlı üçüncü tam veri setini yayınladı. DR3. Gaia, Samanyolu'nu araştırmak için 10 yıl önce başlatıldı ve birbirini izleyen her veri sürümü şunları içeriyor: daha doğru konum ölçümleri önceki sürümlerden daha

Daha da önemlisi, DR3 ayrıca yıldız spektrumlarını da içeriyordu - bir yıldızın farklı ışık dalga boylarında ne kadar parlak olduğuna dair ölçümler. Bu spektrometri ölçümleri, bir yıldızın içindeki kimyasal elementleri incelemek için yaygın olarak kullanılır.

Ekip, yıldız doğum tarihlerini belirlemek için ağır elementlerin imzalarını arayan standart bir spektroskopik tekniğe güvendi. (Astronomide "ağır", hidrojen veya helyumdan daha büyük kütleli herhangi bir şey anlamına gelir.) Evren yaşlandıkça, hidrojen açısından zengin yıldızlar patlayarak süpernovalara dönüşür ve karbon ve oksijen gibi elementleri yayarak ölürler. Bu malzeme daha sonra metal açısından zengin yıldızlar olarak da bilinen yeni, daha ağır elementli yıldızlarda birleşir. Yani daha yeni yıldızlar metal açısından zengindir ve metal açısından fakir yıldızlar proto-galaksiden kaynaklanmış olmalıdır.

Metal Dedektörleri

Ancak ekip Gaia DR3 verilerini gördüğünde, spektrometre okumalarının bireysel kimyasal tepe noktalarını ortaya çıkarmak için çok geniş olduğunu keşfettiklerinde hayal kırıklığına uğradılar. "Yaklaşık 200 milyon yıldızın tayf bilgisi yayınlandı, ancak bunlar çok düşük çözünürlüklü tayflar. Spektruma bakarsanız, sadece bir dizi kıpırdanma, ”dedi Chandra.

Bu nedenle ekip, gürültülü, düşük çözünürlüklü spektrumlardan daha ağır elementlerin sinyallerini çıkarmak için makine öğrenimine yöneldi. XGBoost adlı kullanıma hazır bir algoritma kullandılar ve onu diğer anketlerden yüksek kaliteli spektral veriler kullanarak eğittiler. Algoritma, bu eğitimle, yalnızca düşük kaliteli Gaia kıpırdamalarına dayalı olarak yıldızların metalliğini ortaya çıkarabildi. Ekip, Samanyolu'nun üç benzersiz bölümündeki diğer üç bağımsız yüksek kaliteli gökyüzü araştırması tarafından toplanan verilerle tahminlerini iki kez kontrol ettiğinde, sıkı bir anlaşma buldular.

Algoritmanın iç sırlarını araştıran Chandra, bir yıldızın ağır element bolluğuna neredeyse yalnızca yıldızın kalsiyum ve magnezyum emilim çizgilerine dayalı olarak karar verdiğini buldu. Ayrıca, Dünya ile Samanyolu'nun merkezi arasında yer alan yoğun kozmik toz ve gaz yumakları gibi potansiyel hata kaynaklarını da düzeltti. "Yıldızın görüş hattında çok fazla toz varsa, bu kıpırdamaların şekli değişecektir" dedi. "Ve bu önemli çünkü galaksinin tozla dolu merkezini inceliyoruz."

Ekip, 1.5 milyon yıldızdan oluşan bir popülasyonu, Samanyolu'nun çıkıntısında yer alan düşük metalikliğe sahip yaklaşık 18,000 erken yıldıza indirdi. "On yıl önce, yaklaşık 1,000 düşük metallikli şişkin yıldız örneğine sahip olduğum için çok heyecanlandım," dedi melisa ness, Columbia Üniversitesi'nde bir astronom. “Şu anda bu metal açısından fakir yıldızlardan binlercesine sahip olma rejimindeyiz. Bu, çalışmak için inanılmaz bir veri seti.”

Araştırmacıların hâlâ en az bir soruyu daha yanıtlaması gerekiyordu: Proto-galaksinin yıldızları nereye gidiyordu? Cevap, Gaia DR3 sürümünde yeni mevcut olan başka bir ölçüm türünden geldi - yıldızların görüş hattımız boyunca hareket etme hızları. Bu hızı bilmek, her yıldızın yörüngesini ortaya çıkarmayı mümkün kıldı.

Ortaya çıkan şey, bazı teorisyenlerin tahmin ettiği gibi hale şeklindeki bir proto-galaksinin portresiydi. Yaşlı, metal açısından fakir yıldızların popülasyonu, ekibin Samanyolu'nun "zavallı yaşlı kalbi" olarak adlandırdığı 9,000 ışıkyılı yarıçaplı küçük, dar bir kürenin içinde dönüyordu.

Genel olarak bulgular, proto-galaksinin diğer galaksilerden yıldız çalmadığını gösteriyor. Olsaydı, yıldız yörüngeleri Samanyolu'nun ötesindeki bölgelere doğru yönelirdi.

Daha Fazla Vahiy

1.5 milyon Samanyolu yıldızı için hız ve spektrometri ölçümleri zaten mevcutken, Chandra bakışlarını kontrol edilebilecek ilgili teorilere çevirdi. Yakın zamanda biri öne çıktı.

2022 olarak, iki kâğıtlar Samanyolu'nun disk oluşumu için bir zaman çizelgesine işaret etti. Teori, proto-galaksi ortaya çıktıktan sonra bölgenin "kaynamaya", gaz toplamaya ve metal bakımından fakir yıldızlar yaratmaya devam ediyor. Bir milyar yıl sonra, ortaya çıkan galaksi "kaynadı" ve çılgınca 2 ila 3 milyar yıl boyunca metal açısından zengin yıldızlar doğurdu. Bu yeni yıldızlar farklıydı. Daha düz yörüngeleri takip ettiler. Galaksi soğudukça, galaktik merkezin etrafında düzenli dairesel yörüngelerde hareket eden yeni basılmış yıldızlarla (güneşimiz dahil) dolu jilet kadar ince bir disk oluştu.

Chandra'nın veri setindeki 1.5 milyon yıldız bu zaman çizelgesini doğruladı. "Baktığımız şey Samanyolu'nun ilk kez dönmesi," diye açıkladı. "Aslında galaksinin diskinin doğuşunu görüyorsunuz." O ve meslektaşları şimdi daha da kapsamlı bir görünüm sağlamak için 30 milyon yıldızlı veri setinin tamamını kullanıyor. "Çıkıntı resmen onlarca yıldır kafa karıştırıyor" Clarkson olacak, Dearborn, Michigan Üniversitesi'nde bir astronom. "Bu, bu fosil popülasyonuna yeni bir pencerenin açılması için iyi bir açılış oldu."