Штучний інтелект виявив, що перші зірки були не самотніми

Дослідження ядерної астрофізики показали, що у зірках утворюються елементи, у тому числі й важчі за вуглець у Всесвіті. Але перші зірки, зірки, що народилися незабаром після Великого вибуху, не містили таких важких елементів, які астрономи називають «металами». Наступне покоління зірок містило лише невелику кількість важких елементів, утворених першими зірками. Щоб зрозуміти Всесвіт у його зародковому стані, дослідникам потрібно вивчити ці бідні на метал зірки.

На щастя, ці бідні на метал зірки другого покоління спостерігаються в нашій галактиці Чумацький Шлях і були вивчені командою афілійованих членів Інституту фізики та математики Всесвіту Кавлі (Kavli IPMU), щоб наблизитися до фізичних властивості перших зірок у Всесвіті.

Команда під керівництвом запрошеного наукового співробітника Kavli IPMU та доцента Інституту фізики інтелекту Токійського університету Тілмана Хартвіга, включаючи запрошеного наукового співробітника та доцента Національної астрономічної обсерваторії Японії Міхо Ісігакі, запрошеного старшого наукового співробітника та професора Хартфордширського університету Чіакі Кобаяші, запрошений старший науковий співробітник Національної астрономічної обсерваторії Японії професор Нодзому Томінага та запрошений старший науковий співробітник і почесний професор Токійського університету Кен’ічі Номото використали штучний інтелект для аналізу надлишку елементів у понад 450 зірках з надзвичайно низьким вмістом металів, які спостерігалися на сьогодні.

Ґрунтуючись на нещодавно розробленому керованому алгоритмі машинного навчання, навченому на теоретичних моделях нуклеосинтезу наднових, вони виявили, що 68% спостережуваних зірок із надзвичайно бідним вмістом металів мають хімічний відбиток, що відповідає збагаченню кількома попередніми надновими. Результати команди дають перше кількісне обмеження, засноване на спостереженнях за множинністю перших зірок.

«Наразі множинність перших зірок передбачалася лише за допомогою чисельного моделювання, і досі не було способу спостережливо перевірити теоретичне передбачення», — сказав провідний автор Гартвіг. «Наш результат свідчить про те, що більшість перших зірок утворилися в невеликих кластерах, так що численні їхні наднові можуть сприяти збагаченню металом раннього міжзоряного середовища», — сказав він.

«Наш новий алгоритм надає чудовий інструмент для інтерпретації великих даних, які ми матимемо в наступне десятиліття з поточних і майбутніх астрономічних досліджень у всьому світі», — сказав Кобаясі, також науковий співробітник Leverhulme.

«На цей момент доступні дані про старі зірки є вершиною айсберга в околицях Сонця. Prime Focus Spectrograph, передовий мультиоб’єктний спектрограф на телескопі Subaru, розроблений міжнародною спільнотою під керівництвом Kavli IPMU, є найкращий інструмент для виявлення стародавніх зірок у зовнішніх регіонах Чумацького Шляху далеко за межами сонячних околиць», — сказав Ішігакі.

Новий алгоритм, винайдений у цьому дослідженні, відкриває двері для максимального використання різноманітних хімічних відбитків у зірках з бідним вмістом металу, виявлених за допомогою спектрографа Prime Focus.

«Теорія перших зірок говорить нам, що перші зірки повинні бути масивнішими за Сонце. Природним очікуванням було те, що перша зірка народилася в газовій хмарі, яка містить масу в мільйон разів більшу за масу Сонця. Однак наше нове відкриття вказує на те, що перші зірки не народжувалися окремо, а натомість утворилися як частина зоряного скупчення або подвійної чи множинної зоряної системи. Це також означає, що ми можемо очікувати гравітаційних хвиль від перших подвійних зірок незабаром після Великого вибуху, який можуть бути виявлені майбутні місії в космосі або на Місяці», — сказав Кобаясі.