Исследователи MPIA на основе данных спутника Gaia выявили старую звездную популяцию в центральных областях Млечного Пути. С помощью машинного обучения удалось определить металличность красных звезд-гигантов и оценить их возраст. В результате команда получила огромную выборку звезд с точной металличностью: 2 миллиона красных гигантов во внутренней галактике.
Группа исследователей из Института астрономии имени Макса Планка, используя данные миссии ЕКА Gaia и нейронную сеть, смогла определить старое звездное сердце. Млечного ПутиЗвезды, обитающие в сердце Галактики, являются очевидцами ее зарождения.
Учёные применили машинное обучение для определения металличности двух миллионов гигантских звёзд из центрального участка Млечного Пути. Открытие этих звёзд и их характеристики подтверждают космологические модели эволюции Галактики за всё время существования Вселенной.
Формирование истории галактики происходит из-за слияний и столкновений, а также определяется запасами водородного газа, являющегося сырьём для образования новых звёзд. Для восстановления такой истории требуется соединить всё более совершенные наблюдения с все более сложным моделированием. Наш собственный Млечный Путь играет особенную роль в этом процессе: это галактика, звёзды которой мы можем рассмотреть наиболее хорошо и подробно.
Очень металлическое население звезд
Звезды являются основными строительными блоками галактики. Учёные могут определить возраст субгигантов по светимости и температуре. Для остальных звёзд для определения возраста можно использовать металличность — количество химических элементов, тяжелее гелия, в их атмосфере.
Каждое поколение звезд обогащает межзвёздный газ тяжёлыми металлическими элементами, из которых складывается следующее поколение звёзд. Потому у каждого поколения больше металличности, чем у предшествующих.
В весенний период 2022 года Маошэн Сян и Ханс-Вальтер Рикс из MPIA использовали данные спутника Gaia и обзора LAMOST для определения возраста звезд в выборке из 250 000 субгигантов. Анализ позволил восстановить историю «юности» Млечного Пути 11 миллиардов лет назад, а также его последующей «взрослой жизни». Однако астрономы заметили, что самые старые звезды в их выборке уже имели поразительную металличность, примерно на 10 процентов превышающую металличность Солнца. Это указывает на существование предыдущих поколений звезд, которые обогатили межзвездную среду металлическими элементами до образования этих звезд.
В поисках древнего галактического сердца
Наличие прошлых поколений согласуется с предсказаниями симуляторов истории космоса. Рикс начал поиск звезд, принадлежащих к древнему ядру Галактики, используя данные Gaia Data Release 3 (DR3). Спектры звезд в DR3 высокого качества, но низкого разрешения. Для получения надежных значений металличности звёзд астрономы сосредоточились на красных гигантах.
Эти звезды в сто раз ярче субгигантов и хорошо видны даже в центре галактики. Их спектральные особенности, указывающие на металличность, очень заметны и подходят для анализа с помощью машинного обучения. Нейронная сеть была обучена на спектрах Gaia, где металличность уже определена по данным обзора APOGEE.
Нейронная сеть вывела точные и проверенные значения металличности для звезд, ранее не изучавшихся. Затем алгоритм применили ко всем данным о красных гигантах в спектрах Gaia. Получилась беспрецедентная выборка точной металличности из 2 миллионов красных гигантов во внутренней галактике.
Благодаря этой выборке сердце Млечного Пути было относительно легко определить: популяцию звезд с низкой металличностью в центре в пределах 30 тысяч световых лет в диаметре. Звезды дополняют более раннее исследование Сяна и Рикса о подростковом возрасте Млечного Пути. У них достаточная металличность, чтобы производить звезды с меньшим содержанием металлов, которые позже сформировали галактический диск.