En 2013, la Agencia Espacial Europea lanzó la nave espacial Gaia. Como sucesor de la misión Hipparcos, este observatorio espacial ha pasado los últimos tres años y medio recopilando información sobre el espacio. Antes de que su misión finalice el próximo año (aunque podría ampliarse), la información obtenida se utilizará para construir el mapa astronómico 3D más grande y preciso.
Durante el estudio espacial, Gaia también descubrió varias cosas interesantes. Por ejemplo, después de explorar el catálogo de Gaia con una red neuronal artificial especialmente diseñada, un equipo europeo de investigadores encontró recientemente seis nuevas estrellas de alta velocidad en la Vía Láctea. Y una de estas estrellas se mueve tan rápido que eventualmente podría abandonar nuestra galaxia.
Su investigación, titulada An Artificial Neural Network to Discover Hypervelocity Stars: Candidates in Gaia DR1 / TGAS, se publicó recientemente en Monthly Notices of the Real Sociedad Astronómica. También se presentó a finales del mes pasado en la "Semana Europea de la Astronomía y las Ciencias Espaciales", que se celebró del 26 al 30 de junio en Praga, República Checa.
Concepto artístico del telescopio Gaia en el contexto de la Vía Láctea, Crédito: ESA / ATG medialab; antecedentes: ESO / S. Brunier
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Las estrellas de hipervelocidad son objetos raros y fascinantes. Si bien todas las estrellas de la Vía Láctea están en constante movimiento en órbitas alrededor del centro de nuestra galaxia, algunas de ellas se aceleran a velocidades de cientos de kilómetros por segundo. En el pasado, los astrónomos han llegado a la conclusión de que estas estrellas de rápido movimiento son el resultado del paso de estrellas a distancias cortas o una supernova de un compañero estelar.
Y hace poco más de una década, los astrónomos se dieron cuenta de una nueva clase de estrellas de alta velocidad que se cree que se han acelerado a partir de interacciones pasadas con el agujero negro supermasivo Sagitario A *, que se encuentra en el centro de la galaxia. Estas estrellas son muy importantes para estudiar la estructura general de la Vía Láctea, ya que indican los tipos específicos de eventos y fuerzas que han dado forma a su historia.
Como explicó Elena Maria Rossi de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, quien es una de las autoras del artículo, en un comunicado de prensa de la ESA:
“Se trata de estrellas que han viajado enormes distancias a través de la Galaxia, pero que pueden rastrearse hasta su núcleo, un área tan densa y oscurecida por el gas y el polvo interestelar que suele ser muy difícil de observar, por lo que nos brindan información importante sobre el campo gravitacional de la Vía Láctea. desde el centro hasta sus alrededores.
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Concepto artístico de estrellas corriendo por la galaxia. Crédito: Agencia Espacial Europea
Encontrar tales estrellas no es una tarea fácil, en gran parte porque su velocidad las hace extremadamente difíciles de detectar en el vasto y abarrotado disco de la Vía Láctea. Como resultado, los científicos se han basado en estrellas masivas jóvenes (de 2,5 a 4 masas solares) en la antigua población estelar de la Galaxia. Básicamente, su corta edad y su gran masa son indicadores de que no pueden surgir allí.
Combinado con mediciones de sus velocidades y trayectorias pasadas, este método confirmó la presencia de estrellas de alta velocidad en el pasado. Sin embargo, hasta ahora, los científicos han encontrado solo 20 estrellas de hiperespelo, y todas eran jóvenes y masivas. Los científicos creen que muchas más estrellas de otras edades y masas se mueven a través de la Vía Láctea a velocidades tan altas, pero antes no podían ser detectadas.
Para abordar este problema, un equipo de investigación europeo dirigido por Tomasso Marchetti de la Universidad de Leiden en los Países Bajos comenzó a considerar cómo utilizar el vasto conjunto de datos de Gaia para optimizar las búsquedas de estrellas de alta velocidad. Después de probar varios métodos, adaptaron una red de neutrones para estos fines, es decir, utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático para buscar los datos del censo estelar de Gaia durante el proceso de recolección.
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A partir de la primera mitad de 2016, el equipo comenzó a desarrollar y capacitar este programa en preparación para la primera publicación de datos de Gaia, que ocurrió unos meses después, el 14 de septiembre de 2016. El estudiante graduado de la Universidad de Leiden, Tomasso Marchetti, describió el proceso de la siguiente manera:
“Al final, decidimos utilizar una red de neutrones artificiales, un software diseñado para simular cómo funciona nuestro cerebro. Con el "entrenamiento" adecuado, puede aprender a reconocer ciertos objetos o patrones en un enorme conjunto de datos. En nuestro caso, la entrenamos para buscar estrellas de hipervelocidad en un catálogo de estrellas, como el que recopiló Gaia.
Representación artística de una estrella de alta velocidad que fue descubierta por el Very Large Telescope de ESO. Crédito: Observatorio Europeo Austral
Además de un mapa con la ubicación de más de mil millones de estrellas, los primeros datos incluyeron un pequeño catálogo de las distancias y movimientos de dos millones de estrellas. Este catálogo, titulado "Solución astrométrica Tycho-Gaia (TGAS)", combinó datos de las misiones Gaia e Hipparcos.
El día en que se publicó el catálogo, Marchetti y su equipo ejecutaron un algoritmo en dos millones de estrellas dentro del TGAS, lo que condujo a hallazgos interesantes. "En sólo una hora, el cerebro artificial ya ha reducido el conjunto de datos a 20.000 estrellas potenciales de alta velocidad, hasta un 1%", dijo Rossi. "Una selección adicional, que incluye solo la distancia y el movimiento con una cierta precisión de medición, trajo hasta 80 estrellas candidatas".
Luego, el equipo estudió estas 80 estrellas con más detalle y comparó su información de movimiento con datos de otros catálogos. En combinación con observaciones adicionales, finalmente encontraron seis estrellas que parecen moverse a más de 360 km / s. Uno de ellos incluso tiene una velocidad de más de 500 km / s, lo que significa que ya no está limitado por la gravedad de nuestra Vía Láctea y finalmente lo abandonará.
Pero quizás el aspecto más importante de este hallazgo es que estas estrellas no son particularmente masivas, como las 20 anteriores, cuya masa era comparable a la de nuestro Sol. Además, es probable que las 5 estrellas más lentas se conviertan en el foco de todo el estudio, ya que los científicos quieren determinar qué las está reteniendo. Una posible explicación es que la materia oscura de la galaxia es responsable de esta interacción.
El primer mapa del cielo de Gaia. Crédito: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universidad de Lisboa), en nombre de DPAC
Dado que TGAS fue en muchos sentidos solo una pequeña fracción de los vastos y valiosos datos de Gaia, este estudio demuestra los tipos de descubrimientos de investigación que serán posibles. Con datos sobre miles de millones de estrellas, los astrónomos seguramente descubrirán nuevos conocimientos asombrosos sobre la dinámica de nuestra Vía Láctea y las fuerzas que la crearon.
Con este fin, Marchetti y su equipo están perfeccionando su software para manejar un conjunto de datos mucho más grande, que se espera que se publique en abril de 2018. Este catálogo incluirá distancias y movimientos para más de mil millones de estrellas, así como velocidades para un subconjunto. A partir de ahí, el equipo aprende que las estrellas que se mueven rápidamente en la Vía Láctea son mucho más comunes de lo que se pensaba.
Y asegúrese de ver este video que muestra las trayectorias de estas estrellas de movimiento rápido recién descubiertas, de la ESA:
