ماہرین فلکیات ان ستاروں کو کھودتے ہیں جنہوں نے آکاشگنگا کو جنم دیا۔

تقریباً 20 سال سے، ماہرین فلکیات کے پاس ہے۔ جدوجہد ہماری کہکشاں کے بلج کے گیس، دھول اور نئے ستاروں کے ساتھ ملا ہوا ستاروں کے ایک قدیم گروپ کو تلاش کرنے کے لیے۔ یہ "فوسیل" ستارے آکاشگنگا سے پہلے تھے اور انہیں ان کی مخصوص کیمسٹری اور مدار سے قابل فہم ہونا چاہیے تھا۔ ابھی تک حال ہی میں، ان میں سے صرف ایک چھوٹی سی تعداد کبھی ملی تھی.

اب، ڈیٹا پر مبنی مشین لرننگ کا استعمال کرتے ہوئے ایک پُرعزم کوشش نے ان میں سے بہت سے ذخیرے کا پتہ لگایا ہے، جس سے ان کی خصوصیات اور قسمت پر توجہ مرکوز کی گئی ہے۔ ان کی دریافت میں استعمال ہونے والے طریقوں نے سائنسدانوں کو آکاشگنگا کی تشکیل اور عام طور پر ڈسک کہکشاؤں کے بارے میں اپنی سمجھ کو اپ ڈیٹ کرنے کے قابل بنایا ہے۔

مسابقتی نظریات

ماہرین فلکیات کا خیال ہے کہ آکاشگنگا سے پہلے ایک ایسی چیز تھی جسے پروٹو-کہکشاں کہا جاتا ہے - ایک پرتشدد، افراتفری والی جگہ جس میں جنگلی مدار والے نوجوان ستارے ہوتے ہیں۔ اس کی اصل کہانی کافی اعتبار سے شروع ہوتی ہے۔ بگ بینگ کے بعد، ہمارے خلاء کے علاقے میں تاریک مادّہ اکٹھا ہو گیا۔ تاریک مادے نے عام مادے کو اپنی طرف متوجہ کیا۔ ستاروں کی پہلی لہریں پھر اٹھیں لیکن یہ ستارے وہاں کیسے پہنچے اس کا اندازہ کسی کو نہیں تھا۔

"لوگوں کو واقعی اچھی طرح سے اندازہ نہیں تھا کہ پروٹو کہکشاں کیسی نظر آتی ہے،" کہا ویدانت چندر، ہارورڈ یونیورسٹی میں ایک فلکیاتی طبیعیات دان اور ایک پر لیڈ مصنفین میں سے ایک حالیہ کاغذ قدیم ستاروں کی دریافتوں کی تفصیل۔

2000 کی دہائی تک، سائنس دان آباد ہو چکے تھے۔ دو تشکیل کے نظریات. یا تو پروٹو کہکشاں نے آکاشگنگا کے پہلے ستاروں کو اندرونی طور پر جنم دیا، جیسا کہ گیس ستاروں میں اکٹھی ہو گئی، یا اس نے دیگر کہکشاؤں کو نافرمان بنا دیا، ستاروں کو چیر کر اور تاریک مادّے کو باہر نکال دیا۔ اس سوال کو حل کرنے کے لیے، ماہرین فلکیات کو آکاشگنگا کی ابتدائی ستاروں کی آبادی کو الگ کرنے کی ضرورت ہوگی۔ مطالعات کی نشاندہی کی گئی۔ امیدوار ستارے، لیکن اگر اندرونی نرسری کا نظریہ درست تھا تو، ایک بہت بڑی جیواشم کی آبادی کا پتہ نہیں چل سکا۔

انہیں ڈھونڈنے کا موقع 2022 میں اس وقت ملا جب یورپی خلائی ایجنسی کے گایا خلائی دوربین ڈیٹا کا اپنا تیسرا مکمل سیٹ جاری کیا، جسے کہا جاتا ہے۔ DR3. Gaia کو 10 سال پہلے آکاشگنگا کا سروے کرنے کے لیے شروع کیا گیا تھا، اور ہر ایک کے بعد جاری کردہ ڈیٹا کو شامل کیا گیا ہے۔ زیادہ درست پوزیشن کی پیمائش پہلے ریلیز کے مقابلے میں.

اہم بات یہ ہے کہ، DR3 میں تارکیی سپیکٹرا بھی شامل ہے - روشنی کی مختلف طول موجوں پر ستارہ کتنا روشن ہے۔ یہ سپیکٹرو میٹری پیمائش عام طور پر ستارے کے اندر کیمیائی عناصر کی جانچ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

ستاروں کی پیدائش کی تاریخوں کا تعین کرنے کے لیے، ٹیم نے ایک معیاری سپیکٹروسکوپک تکنیک پر انحصار کیا جو بھاری عناصر کے دستخط تلاش کرتی ہے۔ (فلکیات میں، "بھاری" کا مطلب ہائیڈروجن یا ہیلیم سے کہیں زیادہ بڑا ہوتا ہے۔) جیسے جیسے کائنات کی عمر بڑھتی جاتی ہے، ہائیڈروجن سے بھرپور ستارے سپر نواس میں پھٹتے ہیں اور مر جاتے ہیں، کاربن اور آکسیجن جیسے عناصر کو باہر نکالتے ہیں۔ یہ مواد پھر نئے، بھاری عنصر والے ستاروں میں اکٹھا ہو جاتا ہے، جسے دھات سے بھرپور ستارے بھی کہا جاتا ہے۔ لہذا زیادہ حالیہ ستارے دھات سے مالا مال ہیں، اور دھاتی ناقص ستارے پروٹو کہکشاں میں پیدا ہوئے ہوں گے۔

میٹل ڈٹیکٹر

جب ٹیم نے Gaia DR3 ڈیٹا دیکھا، تاہم، وہ یہ جان کر مایوس ہوئے کہ اسپیکٹومیٹر ریڈنگ انفرادی کیمیائی چوٹیوں کو ظاہر کرنے کے لیے بہت وسیع تھی۔ "تقریبا 200 ملین ستاروں کے لئے سپیکٹرل معلومات جاری کی گئی تھی، لیکن یہ بہت کم ریزولوشن سپیکٹرا ہیں۔ اگر آپ سپیکٹرم پر نظر ڈالیں تو یہ صرف ہلچل کا ایک گروپ ہے،" چندرا نے کہا۔

لہٰذا ٹیم نے شور مچانے والے، کم ریزولوشن سپیکٹرا سے بھاری عناصر کے سگنل نکالنے کے لیے مشین لرننگ کا رخ کیا۔ انہوں نے ایک آف دی شیلف الگورتھم کا استعمال کیا جسے XGBoost کہا جاتا ہے، اور دوسرے سروے سے اعلیٰ معیار کے سپیکٹرل ڈیٹا کا استعمال کرتے ہوئے اس کی تربیت کی۔ اس تربیت کے ساتھ، الگورتھم ستاروں کی دھاتی پن کو ظاہر کرنے میں کامیاب ہو گیا جس کی بنیاد صرف کم معیار کے گایا وِگلز پر تھی۔ جب ٹیم نے آکاشگنگا کے تین منفرد حصوں میں تین دیگر آزاد اعلیٰ معیار کے آسمانی سروے کے ذریعے جمع کیے گئے ڈیٹا کے خلاف اپنی پیشین گوئیوں کی دو بار جانچ پڑتال کی، تو انہیں سخت معاہدہ ملا۔

الگورتھم کے اندرونی رازوں کو تلاش کرتے ہوئے، چندرا نے پایا کہ اس نے ستارے کے بھاری عنصر کی کثرت کا فیصلہ تقریباً خصوصی طور پر ستارے کی کیلشیم اور میگنیشیم جذب کرنے والی خطوط پر کیا ہے۔ اس نے غلطی کے ممکنہ ذرائع کے لیے بھی درست کیا، جیسے کائناتی دھول اور گیس کے گھنے الجھنے جو کہ زمین اور آکاشگنگا کے مرکز کے درمیان ہیں۔ انہوں نے کہا کہ "اگر ستارے کی نظر میں بہت زیادہ دھول ہو تو ان وگلوں کی شکل بدل جائے گی۔" "اور یہ اہم ہے کیونکہ ہم کہکشاں کے مرکز کا مطالعہ کر رہے ہیں، جو خاک سے بھری ہوئی ہے۔"

ٹیم نے 1.5 ملین ستاروں کی آبادی کو کم کر کے تقریباً 18,000 ابتدائی ستاروں تک پہنچا دیا جو آکاشگنگا کے بلج میں واقع کم دھاتی ہے۔ "ایک دہائی پہلے، میں تقریباً 1,000 کم دھاتی بلج ستاروں کا نمونہ دیکھ کر بہت خوش تھا،" نے کہا۔ میلیسا نیسکولمبیا یونیورسٹی میں ماہر فلکیات۔ "ہم اب ایک ایسے نظام میں ہیں جس میں دھاتی ناقص ستاروں کی تعداد ہزاروں میں ہے۔ یہ ایک ناقابل یقین ڈیٹا ہے جس کے ساتھ کام کرنا ہے۔

محققین کو ابھی بھی کم از کم ایک اور سوال کا جواب دینے کی ضرورت ہے: پروٹو کہکشاں کے ستارے کہاں جا رہے تھے؟ اس کا جواب ایک اور قسم کی پیمائش سے آیا ہے جو کہ Gaia DR3 ریلیز میں نئی ​​دستیاب ہے — وہ رفتار جس سے ستارے ہماری نظر کی لکیر کے ساتھ حرکت کر رہے ہیں۔ اس رفتار کو جاننے سے ہر ستارے کے مدار کو ننگا کرنا ممکن ہوا۔

جو کچھ نمودار ہوا وہ ہالو کی شکل والی پروٹو کہکشاں کا پورٹریٹ تھا، جیسا کہ کچھ تھیوریسٹوں کی توقع تھی۔ بزرگ، دھاتی غریب ستاروں کی آبادی 9,000 نوری سال کے رداس کے ساتھ ایک چھوٹے، تنگ کرہ میں گردش کرتی ہے، جسے ٹیم نے آکاشگنگا کا "غریب پرانا دل" کہا ہے۔

مجموعی طور پر، نتائج بتاتے ہیں کہ پروٹو کہکشاں نے دوسری کہکشاؤں سے ستارے نہیں چرائے۔ اگر ایسا ہوتا تو ان کے تارکیی مدار آکاشگنگا سے آگے کے علاقوں کی طرف جاتے۔

مزید انکشافات

1.5 ملین آکاشگنگا ستاروں کی رفتار اور سپیکٹرو میٹری پیمائش کے ساتھ، چندرا نے اپنی نظریں متعلقہ نظریات پر ڈالیں جن کی جانچ کی جا سکتی ہے۔ ایک حالیہ سامنے آیا۔

2022 میں دو کاغذات آکاشگنگا کی ڈسک کی تشکیل کے لیے ایک ٹائم لائن پر اشارہ کیا۔ نظریہ یہ ہے کہ پروٹو-کہکشاں کے پیدا ہونے کے بعد، یہ خطہ "ابلتا ہوا" گیس جمع کرتا اور دھاتی ناقص ستارے بناتا ہے۔ ایک ارب سال کے بعد، ابھرتی ہوئی کہکشاں "ابلی"، 2 بلین سے 3 بلین سالوں تک دھات سے بھرپور ستاروں کو جنم دیتی ہے۔ یہ نئے ستارے مختلف تھے۔ وہ چاپلوسی کے مدار کی پیروی کرتے تھے۔ جیسے ہی کہکشاں ٹھنڈا ہوا، ایک استرا پتلی ڈسک بن گئی، جو کہکشاں کے مرکز کے گرد صاف ستھرا دائرہ دار مداروں میں گھومتے ہوئے نئے ٹکسال ستاروں (بشمول ہمارے سورج) سے بھری ہوئی ہے۔

چندر کے ڈیٹا سیٹ میں موجود 1.5 ملین ستاروں نے اس ٹائم لائن کی تصدیق کی۔ "ہم جو دیکھ رہے ہیں وہ آکاشگنگا ہے جو پہلی بار گھوم رہی ہے،" انہوں نے وضاحت کی۔ "آپ بنیادی طور پر کہکشاں کی ڈسک کی پیدائش دیکھ رہے ہیں۔" وہ اور اس کے ساتھی اب مکمل 30-ملین اسٹار ڈیٹا سیٹ کا استعمال کر رہے ہیں تاکہ ایک اور بھی زیادہ جامع شکل فراہم کی جا سکے۔ "بلج کئی دہائیوں سے سرکاری طور پر الجھا ہوا ہے،" ول کلارکسن، مشی گن یونیورسٹی، ڈیئربورن میں ایک ماہر فلکیات۔ "یہ اس جیواشم کی آبادی میں ایک نئی کھڑکی کا ایک اچھا آغاز رہا ہے۔"