利用人工神经网络协助,科学家在 Gaia 卫星资料中找到 6 颗新高速恒星

作者 | 发布日期 2017 年 07 月 15 日 6:33 | 分类 人工智能 , 天文 , 自然科学
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欧洲太空总署(ESA)6 月发布了 Gaia 衞星的最新观测结果,研究人员在人工智能软件的协助下,发现了 6 颗超高速从银河中心飞向边缘的恒星。关于这些天体的研究,可能提供揭开银河系中心最昏暗区域的线索。



银河系中的数千亿颗恒星大部分位在银盘及核心的膨胀核球区域,剩下的恒星则分布在直径达 65 万光年的银晕中。

这些恒星并非静止,实际上皆绕着银河中心移动,移动的速度与恒星的位置有关,如太阳的速度约为 220 km/s,而银晕中的恒星移动速度约在 150 km/s。偶尔有些恒星的速度会超过这些众所周知的平均速度。

约十年前科学家即发现第一批超高速的恒星,这些恒星可能在银河中心附近移动时,受到银核中心达 400 万个太阳质量的超重黑洞引力交互作用,这些恒星以数百公里的秒速在银河系中横冲直撞。

Gaia 的研究人员、来自荷兰 Leiden Univ. 的 Elene Maria Rossi 认为,这些超高速移动的恒星,对于研究银河系的完整结构将非常重要。这些天体在银河中已穿梭极远的距离,从它们的运动讯息中,可追踪到它们在银河中心星际物质及气体最浓密昏暗区域移动到外围的过程,进而揭露银心区域的重力分布资讯,在此之前这些核心区域皆难以观测。

要在银河系中已知速度的数十万颗恒星资料中,找到这些高速移动的天体,不是一件容易的事。为了找出这些目标天体,科学家设定的方向为银晕的年老星团中质量较大的恒星,这些与周边环境演化状况格格不入的天体,极可能就是被银心“踢出来”的恒星。到目前为止,高速天体的清单上仅有约 20 颗太阳 2.5 到 4 倍质量的恒星。但科学家相信仍有许多其他年龄或质量的高速天体未被发现。

Gaia 计划统计的恒星资料达 10 亿颗以上,Elene 和同侪利用人工神经网络(artificial neural network)的技术学习之前研究人员的方法,团队的研究人员 Tommaso Marchetti 表示,选用这个软件技术的原因是因为它能模拟人类大脑的工作方式。

程序在经过训练后,方能在 Gaia 巨大的资料库中辨识高速天体。2016 年上半年,研究团队持续发展及训练程序的辨识能力,准备应用在 Gaia 于 2016 年 9 月 4 日发布的第一批资料。

Gaia 计划第一批发布的资料包含超过 10 亿颗恒星的位置,其中 200 万颗还另外包含距离及运动资料。合并 Gaia 的第一年观测资料及 ESA 的 Hipparcos mission,成为 Tycho-Gaia Astrometric Solution(TGAS)计划,未来 Gaia 的资料也将提供该计划使用。

在资料发布当天,研究团队将程序应用在 TGAS 的 200 万颗恒星资料上,在 1 个小时内就将高速天体的目标范围缩小到 2 万颗可能的恒星,约是原始资料的 1%。进一步筛选距离及运动的精度后留下 80 颗候选恒星。

结合其他恒星目录及观测后,新发现 6 颗可能来自银河中心,移动速度高于 360 km/s,其中之一速度超过 500 km/s,已不受银河的引力控制,未来可能永远离开银河系。其他较慢的恒星,更让科学家感兴趣,它们减速的原因可能与暗物质有关。

Gaia 计划将在 2018 年 4 月发布下一波资料,其中包括超过 10 亿颗恒星的距离及运动资料,Elena 的研究团队正在升级程序以处理巨大的资料,期待发现更多高速天体。

(本文由 台北天文馆 授权转载;首图来源:ESA

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