Nel 2013, l'Agenzia spaziale europea ha lanciato la sonda spaziale Gaia. In qualità di successore della missione Hipparcos, questo osservatorio spaziale ha trascorso gli ultimi tre anni e mezzo a raccogliere informazioni sullo spazio. Prima che la sua missione giunga al termine il prossimo anno (anche se potrebbe essere estesa), le informazioni ricevute verranno utilizzate per costruire la mappa astronomica 3D più grande e accurata.
Durante il rilevamento spaziale, Gaia ha anche scoperto diverse cose interessanti. Ad esempio, dopo aver esplorato il catalogo Gaia con una rete neurale artificiale appositamente progettata, un team europeo di ricercatori ha recentemente trovato sei nuove stelle iperspeed nella Via Lattea. E una di queste stelle si sta muovendo così velocemente che alla fine potrebbe lasciare la nostra galassia.
La loro ricerca, intitolata "An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS", è stata recentemente pubblicata negli avvisi mensili del Royal Astronomical Society. È stato anche presentato alla fine del mese scorso alla "Settimana europea di astronomia e scienze spaziali", che si è tenuta dal 26 al 30 giugno a Praga, Repubblica Ceca.
Concetto artistico del telescopio Gaia sullo sfondo della Via Lattea, Credit: ESA / ATG medialab; sfondo: ESO / S. Brunier
Le stelle di ipervelocità sono oggetti rari e affascinanti. Mentre tutte le stelle nella Via Lattea sono in costante movimento in orbite attorno al centro della nostra galassia, alcune di esse accelerano a velocità di centinaia di chilometri al secondo. In passato, gli astronomi hanno concluso che queste stelle in rapido movimento sono il risultato del passaggio di stelle a distanze ravvicinate o di una supernova da una compagna stellare.
E poco più di un decennio fa, gli astronomi sono venuti a conoscenza di una nuova classe di stelle ad alta velocità che si ritiene sia stata accelerata dalle passate interazioni con il buco nero supermassiccio Sagittario A *, che si trova al centro della galassia. Queste stelle sono molto importanti per studiare la struttura generale della Via Lattea, poiché indicano i tipi specifici di eventi e forze che hanno plasmato la loro storia.
Come ha spiegato in un comunicato stampa dell'ESA Elena Maria Rossi dell'Università di Leida nei Paesi Bassi, che è una degli autori dell'articolo:
"Queste sono stelle che hanno percorso enormi distanze attraverso la Galassia, ma possono essere rintracciate fino al suo centro - un'area così densa e oscurata da gas e polvere interstellari che di solito è molto difficile da osservare - in modo che ci forniscono importanti informazioni sul campo gravitazionale della Via Lattea dal centro alla periferia ".
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Concetto artistico di stelle che corrono attraverso la galassia. Credito: Agenzia spaziale europea
Trovare queste stelle non è un compito facile, in gran parte perché la loro velocità le rende estremamente difficili da rilevare nell'enorme e affollato disco della Via Lattea. Di conseguenza, gli scienziati hanno fatto affidamento su giovani stelle massicce (da 2,5 a 4 masse solari) nella vecchia popolazione stellare della Galassia. Fondamentalmente, la loro giovane età e la grande massa sono indicatori che non possono sorgere lì.
Combinato con le misurazioni delle loro velocità e traiettorie passate, questo metodo ha confermato la presenza di stelle ad alta velocità nel passato. Tuttavia, finora, gli scienziati hanno trovato solo 20 stelle iperspeed, ed erano tutte giovani e massicce. Gli scienziati ritengono che molte più stelle di altre età e masse si muovano attraverso la Via Lattea a velocità così elevate, ma non sono state rilevate prima.
Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca europeo guidato da Tomasso Marchetti dell'Università di Leida nei Paesi Bassi ha iniziato a considerare come utilizzare il vasto set di dati di Gaia per ottimizzare le ricerche di stelle iperspeed. Dopo aver testato vari metodi, hanno adattato una rete di neutroni a questi scopi, ovvero hanno utilizzato un algoritmo di apprendimento automatico per cercare i dati del censimento stellare di Gaia durante il processo di raccolta.
A partire dalla prima metà del 2016, il team ha iniziato a sviluppare e addestrare questo programma in preparazione del primo rilascio di dati Gaia, avvenuto pochi mesi dopo, il 14 settembre 2016. Il dottorando dell'Università di Leida Tomasso Marchetti ha descritto il processo come segue:
“Alla fine, abbiamo deciso di utilizzare una rete di neutroni artificiale, un software progettato per simulare il funzionamento del nostro cervello. Con il giusto "addestramento", può imparare a riconoscere determinati oggetti o modelli in un enorme set di dati. Nel nostro caso, l'abbiamo addestrata a cercare le stelle iperspeed in un catalogo di stelle, come quello compilato da Gaia.
Rappresentazione artistica di una stella iperspeed scoperta dal Very Large Telescope dell'ESO. Credito: European Southern Observatory
Oltre a una mappa con le posizioni di oltre un miliardo di stelle, i primi dati includevano un piccolo catalogo delle distanze e dei movimenti di due milioni di stelle. Questo catalogo, intitolato "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)", combinava i dati delle missioni Gaia e Hipparcos.
Il giorno in cui è stato pubblicato il catalogo, Marchetti e il suo team hanno eseguito un algoritmo su due milioni di stelle all'interno del TGAS, il che ha portato a scoperte interessanti. "In solo un'ora, il cervello artificiale ha già ridotto il set di dati a 20.000 potenziali stelle ad alta velocità, fino all'1%", ha detto Rossi. "Un'ulteriore selezione, includendo solo la distanza e il movimento con una certa precisione di misurazione, ha portato fino a 80 stelle candidate".
Il team ha quindi studiato queste 80 stelle in modo più dettagliato e ha confrontato le informazioni sui movimenti con i dati di altri cataloghi. In combinazione con ulteriori osservazioni, alla fine hanno trovato sei stelle che sembrano muoversi più velocemente di 360 km / s. Uno di loro ha persino una velocità di oltre 500 km / s, il che significa che non è più vincolato dalla gravità della nostra Via Lattea e alla fine lo lascerà.
Ma forse l'aspetto più importante di questa scoperta è che queste stelle non sono particolarmente massicce, come le precedenti 20, la cui massa era paragonabile a quella del nostro Sole. Inoltre, è probabile che le 5 stelle più lente diventino il fulcro dell'intero studio, poiché gli scienziati vogliono determinare cosa le trattiene. Una possibile spiegazione è che la materia oscura nella galassia sia responsabile di questa interazione.
La prima mappa del cielo di Gaia. Crediti: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Università di Lisbona), a nome di DPAC
Poiché il TGAS era per molti versi solo una piccola frazione dei vasti e preziosi dati di Gaia, questo studio dimostra il tipo di scoperte di ricerca che saranno possibili. Con dati su miliardi di stelle, gli astronomi scopriranno sicuramente nuove e sorprendenti conoscenze sulle dinamiche della nostra Via Lattea e sulle forze che l'hanno creata.
A tal fine, Marchetti e il suo team stanno perfezionando il loro programma per gestire il set di dati molto più ampio, che dovrebbe essere rilasciato nell'aprile 2018. Questo catalogo includerà distanze e movimenti per oltre un miliardo di stelle, nonché velocità per un sottoinsieme. Da ciò, il team apprende che le stelle in rapido movimento nella Via Lattea sono molto più comuni di quanto si pensasse in precedenza.
E assicurati di guardare questo video che mostra le traiettorie di queste stelle in rapido movimento scoperte di recente, dall'ESA:
