約 20 年間、天文学者は 苦労 私たちの銀河のバルジのガス、塵、新しい星と混ざり合った古代の星のグループを見つけるために。 これらの「化石」星は天の川に先行し、その独特の化学的性質と軌道によって識別できたはずです。 しかし、最近まで、ほんの少数しか発見されていませんでした。

現在、データ集約型の機械学習を使用した断固たる努力により、それらの山が発掘され、その特徴と運命に焦点が当てられています。 彼らの発見に使用された方法により、科学者は天の川の形成と円盤銀河全般の理解を更新することができました。

競合する理論

天文学者は、天の川の前に原始銀河と呼ばれるものがあったと信じています。これは、荒々しい軌道を持つ若い星を含む、暴力的で混沌とした場所です。 その起源の物語は十分に信頼できるものから始まります。 ビッグバンの後、暗黒物質は私たちの宇宙領域で合体しました。 暗黒物質は普通の物質を引き寄せました。 その後、星の最初の波が発生しましたが、これらの星がどのようにしてそこに到達したかは誰にもわかりません。

「人々は、原始銀河がどのように見えるかについて本当に良い考えを持っていませんでした. ベダンチャンドラ、ハーバード大学の天体物理学者であり、 最近の論文 古代の星の発見の詳細。

2000 年代までに、科学者たちは XNUMXつの形成理論. 原始銀河は、ガスが合体して星になったため、内部で天の川の最初の星を誕生させたか、他の銀河を共食いして星を引き裂き、暗黒物質を吸い上げました。 この問題を解決するには、天文学者は天の川銀河の最も初期の星の集団を分離する必要があります。 特定された研究 候補星、しかし、内部保育園理論が正しかった場合、はるかに多くの化石集団が発見されていませんでした.

それらを見つける機会が訪れたのは、欧州宇宙機関が 2022 年に ガイア宇宙望遠鏡 と呼ばれる XNUMX 番目の完全なデータ セットをリリースしました。 DR3. Gaia は天の川を調査するために 10 年前に打ち上げられました。 より正確な位置測定 以前のリリースより。

重要なことに、DR3 には星のスペクトルも含まれていました。これは、さまざまな波長の光で星がどれだけ明るいかを測定したものです。 これらの分光測定は、星の内部の化学元素を調べるためによく使用されます。

星の誕生日を決定するために、チームは重元素の痕跡を探す標準的な分光技術に依存しました。 （天文学では、「重い」とは、水素やヘリウムよりも重いものを意味します。）宇宙が老化するにつれて、水素を豊富に含む星は爆発して超新星になり、炭素や酸素などの元素を噴き出して死にます。 その後、この物質が合体して、金属が豊富な星としても知られる、より重い元素を含む新しい星になります。 したがって、より最近の星は金属が豊富で、金属が少ない星は原始銀河に由来するに違いありません。

金属探知器

しかし、チームが Gaia DR3 のデータを見たとき、スペクトロメータの測定値が広すぎて個々の化学ピークを明らかにできないことに気づき、失望しました。 「約200億個の星のスペクトル情報が公開されましたが、これらは非常に解像度の低いスペクトルです。 スペクトルを見ると、それはただの小刻みの集まりです」とチャンドラは言いました。

そこでチームは機械学習を利用して、ノイズが多く解像度の低いスペクトルから重元素の信号を抽出しました。 彼らは、XGBoost と呼ばれる市販のアルゴリズムを使用し、他の調査から得た高品質のスペクトル データを使用してトレーニングを行いました。 このトレーニングにより、アルゴリズムは低品質のガイア ウィグルのみに基づいて星の金属性を明らかにすることができました。 チームが、天の川の XNUMX つのユニークなセクションで、他の XNUMX つの独立した高品質の空調査によって収集されたデータに対して予測を再確認したところ、厳密な一致が見つかりました。

アルゴリズムの内部の秘密を調べたチャンドラは、星のカルシウムとマグネシウムの吸収線のみに基づいて、星の重元素の存在量を決定していることを発見しました。 また、地球と天の川の中心の間にある宇宙の塵とガスの密集したもつれなど、エラーの潜在的な原因も修正しました。 「星の視線にたくさんのほこりがあると、これらの小刻みの形が変化します」と彼は言いました. 「塵で満たされた銀河の中心部を研究しているので、これは重要です。」

チームは、1.5 万個の星の集団を、天の川のバルジに位置する低金属量の約 18,000 の初期の星に絞り込みました。 「1,000 年前、約 XNUMX 個の低金属バルジ星のサンプルを入手できて感激しました。 メリッサ・ネス、コロンビア大学の天文学者。 「私たちは今、これらの金属を欠く星を何千も持つ体制にあります。 これは素晴らしいデータセットです。」

研究者たちは、少なくとももう 3 つの質問に答える必要がありました。原始銀河の星はどこに向かっていたのでしょうか。 その答えは、Gaia DRXNUMX リリースで新たに利用可能になった別の種類の測定値から得られました。これは、星が視線に沿って移動する速度です。 この速度を知ることで、各星の軌道を明らかにすることができました。

一部の理論家が予想したように、浮かび上がったのは、ハロー形状の原始銀河の肖像画でした。 高齢で金属の乏しい星の集団は、半径 9,000 光年の小さくて狭い球体を周回しており、チームはこれを天の川の「貧弱な心臓」と名付けました。

全体として、この調査結果は、原始銀河が他の銀河から星を盗んでいないことを示唆しています。 もしそうなら、それらの星の軌道は天の川を越えた領域に向かっているでしょう.

より多くの啓示

1.5 万の天の川の星々の速度と分光測定が既に手元にあるので、チャンドラは確認できる関連する理論に視線を向けました。 最近の XNUMX つが際立っていました。

2022年には、 2 論文 天の川の円盤形成のタイムラインをほのめかしました。 理論によると、原始銀河が発生した後、この領域は「煮えたぎる」ようになり、ガスが集まり、金属の少ない星が作られました。 2 億年後、出現した銀河は「沸騰」し、3 億年から XNUMX 億年の間、必死に金属を豊富に含む星を生み出しました。 これらの新しい星は異なっていました。 彼らはより平らな軌道をたどりました。 銀河が冷えるにつれて、非常に薄い円盤が形成され、銀河の中心の周りを整然とした円軌道を移動する、新しく造られた星 (太陽を含む) で満たされました。

チャンドラのデータ セットに含まれる 1.5 万個の星は、このタイムラインを裏付けています。 「私たちが見ているのは、天の川が初めて回転することです」と彼は説明しました。 「あなたは本質的に、銀河円盤の誕生を見ています。」 彼と彼の同僚は現在、30 万個の星の完全なデータ セットを使用して、さらに包括的な外観を提供しています。 「膨らみは何十年もの間、公式に混乱を招いてきました」 ウィル・クラークソン、ミシガン大学ディアボーン校の天文学者。 「これは、この化石個体群への新しい窓を開く良い機会でした。」