Лина Несиб, физик из Калифорнийского технологического института, с помощью суперкомпьютеров и обсерватории Гайя обнаружила в Млечном Пути звездное скопление, которое не родилось в нашей галактике.
Несиб и ее коллеги в своей статье, опубликованной в Nature Astronomy, описывают Никс, новый огромный звездный поток около Солнца, который может дать первое указание на то, что к диску Млечного Пути присоединилась карликовая галактика. Считается, что эти звездные потоки представляют собой шаровые скопления или карликовые галактики, которые были растянуты по своей орбите под действием приливных сил.
Несиб изучает кинематику звезд и темной материи в Млечном Пути. «Если есть какие-либо звездные скопления, которые движутся вместе определенным образом, это обычно говорит нам, что есть причина, по которой они движутся».
С 2014 года ученые из Калифорнийского технологического института, Северо-Западного университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают высокодетализированные модели реалистичных галактик в рамках проекта FIRE (Feedback In Realistic Environments). Эти симуляции охватывают все, что известно ученым о том, как образуются и развиваются галактики. Начиная с виртуального эквивалента начала времен, моделирование создает галактики, которые выглядят и действуют как наша.
Параллельно с проектом FIRE в 2013 году начала работу космическая обсерватория Gaia. Его цель - создать чрезвычайно точную трехмерную карту примерно миллиарда звезд в галактике Млечный Путь и за ее пределами.
Открытие Никс заключалось в объединении этих двух крупных астрофизических проектов и их анализе с использованием методов глубокого обучения.
Среди вопросов, которые относятся как к симуляции, так и к исследованию неба, как Млечный Путь стал тем, чем он является сегодня?
«Галактики создаются путем поглощения других галактик. Мы предположили, что Млечный Путь имел историю бесшумных подключений, и какое-то время речь шла о том, насколько он был тихим, поскольку наши симуляции показывают множество подключений. Теперь, имея доступ ко многим меньшим постройкам, мы понимаем, что здесь было не так тихо, как казалось. Для решения этой проблемы необходимо одновременно использовать все данные, инструменты и моделирование. Мы находимся на ранней стадии, чтобы действительно понять процесс формирования Млечного Пути », - сказал Несиб.
Команда разработала метод отслеживания движений каждой звезды в виртуальных галактиках и пометки их как рожденных или прибывающих в принимающую галактику как продуктов слияния галактик. Эти два типа звезд имеют разные сигнатуры, хотя различия часто незначительны. Эти отметки использовались для обучения модели глубокого обучения, которая затем была протестирована на других симуляциях FIRE.
После создания каталога команда применила его к данным Gaia.
По оценкам модели, несомненно, что звезда родилась за пределами Млечного Пути, в диапазоне от 0 до 1. Команда установила допуск к ошибкам и начала изучать результаты.
Такой подход, при котором модель, обученная на одном наборе данных, применяется к другому, но связанному набору данных, называется трансферным обучением и может быть сложной задачей.
Команда проверила, может ли он идентифицировать известные особенности галактики. К ним относятся «сосиска Гайи» - остаток карликовой галактики, которая слилась с Млечным путем около 6-10 миллиардов лет назад и имеет характерную форму орбиты, напоминающую сосиску.
Там была Гайя Колбаса, а также звездное гало - фоновые звезды, которые придают Млечному Пути его отличительную форму - и поток Хельми, еще одна известная карликовая галактика, которая слилась с Млечным путем в далеком прошлом и была открыта в 1999 году.
Модель определила другую структуру в ходе анализа: скопление из 250 звезд, вращающихся вместе с диском Млечного Пути, но также направляющихся к центру Галактики.
Проект требовал дополнительной обработки на многих различных этапах. FIRE и обновленное моделирование FIRE-2 являются одними из крупнейших компьютерных моделей галактик на сегодняшний день. Для каждой из девяти основных симуляций - трех отдельных галактических образований, каждое из которых имеет немного отличающуюся отправную точку для Солнца - потребовались месяцы вычислений на самых больших и быстрых суперкомпьютерах в мире.
Ученые использовали кластеры из Университета Орегона для обучения модели глубокого обучения и применили ее к огромному набору данных Gaia. В настоящее время они используют Fronter, самую быструю систему в любом колледже, чтобы продолжить работу.
Несиб и ее команда планируют продолжить изучение Никс с помощью наземных телескопов. Это предоставит информацию о химии потоков и другие детали, которые помогут им определить дату прибытия Никс в Млечный Путь и, возможно, подскажут, откуда он исходит.
