Wykorzystując uczenie maszynowe i najnowocześniejszą nukleosyntezę supernowych, zespół naukowców odkrył, że większość obserwowanych gwiazd drugiej generacji we Wszechświecie została wzbogacona przez wiele supernowych, donosi nowe badanie w The Astrophysical Journal.
Badania astrofizyki jądrowej wykazały, że pierwiastki zawierające i cięższe od węgla we wszechświecie są wytwarzane w gwiazdach. Ale pierwsze gwiazdy, gwiazdy narodzone wkrótce po Wielkim Wybuchu, nie zawierały tak ciężkich pierwiastków, które astronomowie nazywają „metalami”. Następna generacja gwiazd zawierała tylko niewielką ilość ciężkich pierwiastków wytwarzanych przez pierwsze gwiazdy. Aby zrozumieć wszechświat w powijakach, badacze muszą zbadać te ubogie w metale gwiazdy.
Na szczęście te ubogie w metale gwiazdy drugiej generacji są obserwowane w naszej Drodze Mlecznej i były badane przez zespół członków stowarzyszonych Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), aby zbliżyć się do fizycznej właściwości pierwszych gwiazd we wszechświecie.
Zespół kierowany przez Kavli IPMU Visiting Associate Scientist i The University of Tokyo Institute for Physics of Intelligence adiunkt Tilman Hartwig, w tym Visiting Associate Scientist i National Astronomical Observatory of Japan adiunkt Miho Ishigaki, wizytujący starszy naukowiec i profesor University of Hertfordshire Chiaki Kobayashi , wizytujący starszy naukowiec i National Astronomical Observatory of Japan profesor Nozomu Tominaga oraz wizytujący starszy naukowiec i emerytowany profesor Uniwersytetu Tokijskiego Ken’ichi Nomoto, wykorzystali sztuczną inteligencję do analizy obfitości pierwiastków w ponad 450 skrajnie ubogich w metale gwiazdach zaobserwowanych do tej pory. Opierając się na nowo opracowanym algorytmie nadzorowanego uczenia maszynowego wytrenowanym na teoretycznych modelach nukleosyntezy supernowych, odkryli, że 68 procent obserwowanych skrajnie ubogich w metale gwiazd ma chemiczny odcisk palca zgodny z wzbogaceniem przez wiele poprzednich supernowych.
Wyniki zespołu dają pierwsze ograniczenie ilościowe oparte na obserwacjach dotyczących mnogości pierwszych gwiazd.
„Jak dotąd liczebność pierwszych gwiazd przewidywano jedynie na podstawie symulacji numerycznych, a do tej pory nie było możliwości obserwacyjnego zbadania przewidywań teoretycznych” – powiedział główny autor Hartwig. „Nasz wynik sugeruje, że większość pierwszych gwiazd uformowała się w małych gromadach, więc wiele ich supernowych może przyczynić się do wzbogacenia w metale wczesnego ośrodka międzygwiazdowego” – powiedział.
„Nasz nowy algorytm stanowi doskonałe narzędzie do interpretacji dużych zbiorów danych, które będziemy mieli w następnej dekadzie z bieżących i przyszłych przeglądów astronomicznych na całym świecie” – powiedział Kobayashi, również pracownik naukowy Leverhulme.
„W tej chwili dostępne dane dotyczące starych gwiazd to wierzchołek góry lodowej w sąsiedztwie Słońca. Prime Focus Spectrograph, najnowocześniejszy spektrograf wieloobiektowy na Teleskopie Subaru, opracowany w ramach międzynarodowej współpracy kierowanej przez Kavli IPMU, jest najlepszy instrument do odkrywania starożytnych gwiazd w zewnętrznych rejonach Drogi Mlecznej, daleko poza sąsiedztwem Słońca” – powiedział Ishigaki.
Nowy algorytm opracowany w ramach tego badania otwiera drzwi do jak najlepszego wykorzystania różnorodnych chemicznych odcisków palców w gwiazdach ubogich w metale odkrytych przez spektrograf Prime Focus.
„Teoria pierwszych gwiazd mówi nam, że pierwsze gwiazdy powinny być masywniejsze od Słońca. Naturalnym oczekiwaniem było, że pierwsza gwiazda narodzi się w obłoku gazowym o masie milion razy większej od Słońca. Jednak nasze nowe odkrycie zdecydowanie sugeruje, że pierwsze gwiazdy nie narodziły się same, ale zamiast tego powstały jako część gromady gwiazd lub układu podwójnego lub układu wielu gwiazd. Oznacza to również, że możemy spodziewać się fal grawitacyjnych od pierwszych gwiazd podwójnych wkrótce po Wielkim Wybuchu, które można wykryć w przyszłych misjach w kosmosie lub na Księżycu” – powiedział Kobayashi.