Con l'aiuto di un software che imita un cervello umano, Il satellite Gaia dell'ESA ha individuato sei stelle che sfrecciavano ad alta velocità dal centro della nostra galassia alla periferia. Ciò potrebbe fornire informazioni chiave su alcune delle regioni più oscure della Via Lattea.

La nostra casa galattica, la via Lattea, ospita più di cento miliardi di stelle, tutti tenuti insieme dalla gravità. La maggior parte si trova in una struttura appiattita - il disco galattico - con un rigonfiamento al centro, mentre le restanti stelle sono distribuite in un alone sferico più ampio che si estende fino a circa 650 000 anni luce dal centro.

Le stelle non sono immobili nella galassia ma si muovono intorno al suo centro con una varietà di velocità a seconda della loro posizione, ad esempio il sole orbita a circa 220 km/s, mentre la media nell'alone è di circa 150 km/s.

Occasionalmente, alcune stelle superano queste velocità già abbastanza impressionanti.

Alcuni sono accelerati da un incontro stellare ravvicinato o dall'esplosione di una supernova di un compagno stellare, con conseguente stelle in fuga con velocità fino a poche centinaia di km/s al di sopra della media.

Una nuova classe di stelle ad alta velocità è stata scoperta poco più di dieci anni fa. In picchiata attraverso la galassia a diverse centinaia di km/s, sono il risultato di interazioni passate con il buco nero supermassiccio che si trova al centro della Via Lattea e, con una massa di quattro milioni di soli, governa le orbite delle stelle nelle sue vicinanze.

"Queste stelle iperveloci sono estremamente importanti per studiare la struttura complessiva della nostra Via Lattea, " dice Elena Maria Rossi dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi, che ha presentato oggi alla Settimana europea dell'astronomia e delle scienze spaziali di Praga la scoperta di sei nuove stelle simili da parte di Gaia, Repubblica Ceca.

"Queste sono stelle che hanno percorso grandi distanze attraverso la galassia ma possono essere ricondotte al suo nucleo, un'area così densa e oscurata da gas e polveri interstellari che normalmente è molto difficile da osservare, quindi forniscono informazioni cruciali sul campo gravitazionale. della Via Lattea dal centro alla periferia."

Sfortunatamente, le stelle in rapido movimento sono estremamente difficili da trovare nel pagliaio stellare della Via Lattea, poiché i sondaggi attuali elencano la velocità di al massimo qualche centinaio di migliaia di stelle.

Per trovarli, scienziati hanno cercato giovani, stelle massicce che risaltano come intrusi nella vecchia popolazione stellare dell'alone galattico. Tradito dalla loro età fuori luogo, è probabile che queste stelle abbiano ricevuto un calcio in più per raggiungere l'alone. Ulteriori misurazioni delle loro velocità e stime dei loro percorsi passati possono confermare se si tratta davvero di stelle iperveloci che sono state spinte lontano dal centro della Via Lattea.

Finora, solo 20 di queste stelle sono state individuate. A causa della specifica selezione di questo metodo, queste sono tutte stelle giovani con una massa da 2,5 a 4 volte quella del sole. Però, gli scienziati ritengono che molte più stelle di altre età o masse stiano accelerando attraverso la galassia, ma non vengano rivelate da questo tipo di ricerca.

Il censimento di miliardi di stelle eseguito da Gaia offre un'opportunità unica, così Elena e i suoi collaboratori hanno iniziato a chiedersi come utilizzare un set di dati così vasto per ottimizzare la ricerca di stelle in rapido movimento.

Dopo aver testato vari metodi, si sono rivolti al software attraverso il quale il computer apprende dall'esperienza precedente.

"Alla fine, abbiamo scelto di utilizzare una rete neurale artificiale, che è un software progettato per imitare il funzionamento del nostro cervello, " spiega Tommaso Marchetti, Studente di dottorato presso l'Università di Leiden e autore principale dell'articolo che descrive i risultati pubblicati su Monthly Notice of the Royal Astronomical Society.

"Dopo un'adeguata 'formazione', può imparare a riconoscere determinati oggetti o modelli in un enorme set di dati. Nel nostro caso, gli abbiamo insegnato a individuare le stelle iperveloci in un catalogo stellare come quello compilato con Gaia".

Come parte del progetto di ricerca di Elena per studiare queste stelle, il team ha iniziato a sviluppare e formare questo programma nella prima metà del 2016, per essere pronti per il primo rilascio dei dati di Gaia pochi mesi dopo, il 14 settembre.

Oltre a una mappa di oltre un miliardo di posizioni stellari, questa prima versione includeva un catalogo più piccolo con distanze e moti per due milioni di stelle, combinando le osservazioni del primo anno di Gaia con quelle della missione Hipparcos dell'ESA, che ha tracciato il cielo più di due decenni fa. Denominata Soluzione Astrometrica Tycho-Gaia, o TGAS, questa risorsa è un assaggio per i cataloghi futuri che si baseranno esclusivamente sui dati di Gaia.

"Il giorno del rilascio dei dati, abbiamo eseguito il nostro nuovissimo algoritmo sui due milioni di stelle di TGAS, "dice Elena.

"In appena un'ora, il cervello artificiale aveva già ridotto il set di dati a circa 20 000 potenziali stelle ad alta velocità, riducendone le dimensioni a circa l'1%.

"Un'ulteriore selezione che include solo misurazioni al di sopra di una certa precisione in distanza e movimento ha portato questo a 80 stelle candidate".

Il team ha esaminato queste 80 stelle in modo più dettagliato. Poiché nei dati TGAS sono incluse solo le informazioni sul movimento della stella nel cielo, hanno dovuto trovare ulteriori indizi per dedurre la loro velocità, guardando i cataloghi stellari precedenti o eseguendo nuove osservazioni.

"Combinando tutti questi dati, abbiamo scoperto che sei stelle possono essere ricondotte al Centro galattico, il tutto con velocità superiori a 360 km/s, "dice Tommaso.

Più importante, gli scienziati sono riusciti a sondare una popolazione diversa dalle 20 stelle già note:le stelle appena identificate hanno tutte masse inferiori, simile alla massa del nostro sole.

Una delle sei stelle sembra accelerare così velocemente, a oltre 500 km/s, che non è più vincolato dalla gravità della galassia e alla fine se ne andrà. Ma l'altro, stelle leggermente più lente, sono forse ancora più affascinanti, poiché gli scienziati sono desiderosi di scoprire cosa li ha rallentati, anche l'invisibile materia oscura che si pensa pervada la Via Lattea potrebbe aver avuto un ruolo.

Mentre il nuovo programma è stato ottimizzato per la ricerca di stelle che sono state accelerate al centro della galassia, ha anche identificato cinque delle più tradizionali star in fuga, che devono le loro alte velocità agli incontri stellari in altre parti della Via Lattea.

"Questo risultato mostra il grande potenziale di Gaia aprendo nuove strade per indagare la struttura e le dinamiche della nostra galassia, " dice Anthony Brown dell'Università di Leiden, coautore dello studio e presidente del Consorzio Gaia Data Processing and Analysis.

Gli scienziati non vedono l'ora di utilizzare i dati della prossima versione di Gaia, che è previsto per aprile 2018 e includerà distanze e moti nel cielo per oltre un miliardo di stelle, così come le velocità per un sottoinsieme.

Ho a che fare con un miliardo di stelle, piuttosto che i due milioni esplorati finora, è una sfida enorme, quindi il team è impegnato ad aggiornare il proprio programma per gestire un catalogo così vasto e per scoprire le numerose stelle che si nascondono nei dati.

"Il gran numero di stelle sondate da Gaia è un'opportunità entusiasmante ma anche stimolante per gli astronomi, e siamo lieti di vedere che stanno abbracciando felicemente la sfida, "dice Timo Prusti, Scienziato del progetto Gaia all'ESA.