Pada 2013, Badan Antariksa Eropa meluncurkan pesawat ruang angkasa Gaia. Sebagai penerus misi Hipparcos, observatorium luar angkasa ini telah menghabiskan tiga setengah tahun terakhir mengumpulkan informasi tentang luar angkasa. Sebelum misinya berakhir tahun depan (meski bisa diperpanjang), informasi yang diterima akan digunakan untuk membangun peta astronomi 3D terbesar dan paling akurat.
Selama survei luar angkasa, Gaia juga menemukan beberapa hal menarik. Misalnya, setelah menjelajahi katalog Gaia dengan jaringan saraf tiruan yang dirancang khusus, tim peneliti Eropa baru-baru ini menemukan enam bintang kecepatan tinggi baru di Bima Sakti. Dan salah satu bintang ini bergerak sangat cepat sehingga pada akhirnya bisa meninggalkan galaksi kita.
Riset mereka, berjudul An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS, baru-baru ini diterbitkan di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Itu juga dipresentasikan pada akhir bulan lalu pada "Pekan Astronomi dan Ilmu Antariksa Eropa", yang diadakan dari 26 hingga 30 Juni di Praha, Republik Ceko.
Hak atas foto ESA / ATG medialab Konsep artistik teleskop Gaia dengan latar belakang Bima Sakti. latar belakang: ESO / S. Brunier
Bintang hypervelocity adalah benda langka dan menarik. Sementara semua bintang di Bima Sakti bergerak konstan dalam orbit di sekitar pusat galaksi kita, beberapa di antaranya berakselerasi hingga kecepatan ratusan kilometer per detik. Di masa lalu, para astronom telah menyimpulkan bahwa bintang-bintang yang bergerak cepat ini adalah hasil dari perjalanan bintang-bintang pada jarak yang dekat atau supernova dari bintang pendamping.
Dan lebih dari satu dekade yang lalu, para astronom mengetahui kelas baru bintang berkecepatan tinggi yang diyakini telah dipercepat dari interaksi masa lalu dengan lubang hitam supermasif Sagitarius A *, yang berada di pusat galaksi. Bintang-bintang ini sangat penting untuk mempelajari struktur umum Bima Sakti, karena menunjukkan jenis peristiwa dan kekuatan tertentu yang telah membentuk sejarah mereka.
Seperti yang dijelaskan Elena Maria Rossi dari Universitas Leiden di Belanda, yang merupakan salah satu penulis artikel, dalam siaran pers ESA:
“Ini adalah bintang-bintang yang telah menempuh jarak yang sangat jauh melalui Galaksi, tetapi dapat dilacak sampai ke intinya - sebuah area yang sangat padat dan tertutup oleh gas dan debu antarbintang sehingga biasanya sangat sulit untuk diamati - sehingga mereka memberi kita informasi penting tentang medan gravitasi Bima Sakti. dari pusat ke pinggirannya."
Video promosi:
Konsep artistik dari bintang-bintang yang melintasi galaksi. Kredit: Badan Antariksa Eropa
Menemukan bintang seperti itu bukanlah tugas yang mudah, sebagian besar karena kecepatannya membuatnya sangat sulit untuk dideteksi di cakram Bima Sakti yang besar dan padat. Akibatnya, para ilmuwan mengandalkan bintang masif muda (2,5 hingga 4 massa matahari) dalam populasi bintang tua Galaxy. Pada dasarnya usia mereka yang masih muda dan massa yang besar merupakan indikator bahwa mereka tidak dapat muncul di sana.
Dikombinasikan dengan pengukuran kecepatan dan lintasan masa lalu mereka, metode ini mengkonfirmasi keberadaan bintang kecepatan tinggi di masa lalu. Namun, sejauh ini, para ilmuwan hanya menemukan 20 bintang berkecepatan tinggi, dan semuanya muda dan masif. Para ilmuwan percaya bahwa lebih banyak bintang dari usia dan massa lain yang bergerak melalui Bima Sakti dengan kecepatan tinggi, tetapi mereka tidak dapat dideteksi sebelumnya.
Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti Eropa yang dipimpin oleh Tomasso Marchetti dari Universitas Leiden di Belanda mulai mempertimbangkan cara menggunakan kumpulan data Gaia yang luas untuk mengoptimalkan penelusuran bintang berkecepatan tinggi. Setelah menguji berbagai metode, mereka mengadaptasi jaringan neutron untuk tujuan ini, yaitu, mereka menggunakan algoritme pembelajaran mesin untuk mencari data sensus bintang Gaia selama proses pengumpulan.
Mulai paruh pertama tahun 2016, tim mulai mengembangkan dan melatih program ini sebagai persiapan untuk rilis data Gaia pertama, yang dilakukan beberapa bulan kemudian, pada 14 September 2016. Mahasiswa pascasarjana Universitas Leiden Tomasso Marchetti menjelaskan prosesnya sebagai berikut:
“Pada akhirnya, kami memutuskan untuk menggunakan jaringan neutron buatan - perangkat lunak yang dirancang untuk mensimulasikan cara kerja otak kami. Dengan "pelatihan" yang tepat, ia dapat belajar mengenali objek atau pola tertentu dalam kumpulan data yang sangat besar. Dalam kasus kami, kami melatihnya untuk mencari bintang berkecepatan tinggi di katalog bintang, seperti yang disusun oleh Gaia.
Representasi artistik dari bintang berkecepatan tinggi yang ditemukan oleh Very Large Telescope ESO. Kredit: Observatorium Selatan Eropa
Selain peta dengan lokasi lebih dari satu miliar bintang, data pertama mencakup katalog kecil jarak dan pergerakan dua juta bintang. Katalog ini, berjudul "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)", menggabungkan data dari misi Gaia dan Hipparcos.
Pada hari katalog diterbitkan, Marchetti dan timnya menjalankan algoritme pada dua juta bintang di dalam TGAS, yang menghasilkan temuan menarik. "Hanya dalam satu jam, otak buatan telah mengurangi kumpulan data menjadi 20.000 potensi bintang berkecepatan tinggi, turun menjadi 1%," kata Rossi. "Seleksi lebih lanjut, termasuk hanya jarak dan gerakan dengan akurasi pengukuran tertentu, menghasilkan sebanyak 80 calon bintang."
Tim kemudian mempelajari 80 bintang ini secara lebih rinci dan membandingkan informasi pergerakan mereka dengan data dari katalog lain. Dikombinasikan dengan pengamatan tambahan, mereka akhirnya menemukan enam bintang yang tampak bergerak lebih cepat dari 360 km / detik. Salah satunya bahkan memiliki kecepatan lebih dari 500 km / s, yang berarti tidak lagi terikat oleh gravitasi Bima Sakti kita dan pada akhirnya akan meninggalkannya.
Tapi mungkin aspek terpenting dari penemuan ini adalah bahwa bintang-bintang ini tidak terlalu masif, seperti 20 sebelumnya, yang massanya sebanding dengan Matahari kita. Selain itu, 5 bintang yang lebih lambat kemungkinan besar akan menjadi fokus dari seluruh penelitian, karena para ilmuwan ingin menentukan apa yang menghambat mereka. Satu penjelasan yang mungkin adalah materi gelap di galaksi bertanggung jawab atas interaksi ini.
Peta langit pertama Gaia. Kredit: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universitas Lisbon), atas nama DPAC
Karena TGAS dalam banyak hal hanyalah sebagian kecil dari data Gaia yang luas dan berharga, penelitian ini menunjukkan jenis penemuan penelitian yang mungkin dilakukan. Dengan data milyaran bintang, para astronom pasti akan menemukan pengetahuan baru dan menakjubkan tentang dinamika Bima Sakti kita dan kekuatan yang menciptakannya.
Untuk tujuan ini, Marchetti dan timnya menyempurnakan perangkat lunak mereka untuk menangani kumpulan data yang jauh lebih besar, yang diharapkan akan dirilis pada April 2018. Katalog ini akan mencakup jarak dan gerakan untuk lebih dari satu miliar bintang, serta kecepatan untuk subset tertentu. Dari situ, tim mempelajari bahwa bintang yang bergerak cepat di Bima Sakti jauh lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Dan pastikan untuk menonton video ini yang menunjukkan lintasan dari bintang-bintang yang bergerak cepat yang baru ditemukan ini, dari ESA:
