Недавние исследования и наблюдения показали, что некоторые белые карлики «загрязнены», то есть имеют следы тяжелых элементов на своей поверхности. Это говорит о том, что они могли уничтожить и «съесть» планеты на своей орбите. И они настолько ценны для изучения, насколько их трудно найти.
До сих пор, чтобы найти такие звезды, астрономам приходилось вручную изучать горы данных, полученных в ходе различных космических исследований, чтобы затем приступить к последующим наблюдениям, которые должны были подтвердить или опровергнуть их подозрения.
Теперь, используя форму искусственного интеллекта, называемую mainfold learning, команда под руководством Малии Као из Техасского университета в Остине смогла ускорить этот процесс. Применив алгоритм к данным миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA), они добились 99-процентного успеха в выявлении загрязненных белых карликов, определив более 300 за короткое время.
Белые карлики, уничтожающие планеты
Белые карлики представляют собой последнюю стадию жизненного цикла звезд средней массы, таких как Солнце. Когда водород заканчивается, звезда начинает плавить гелий и превращается в красного гиганта. На этом этапе звезда теряет свои внешние слои под действием сильного звездного ветра, образуя планетарную туманность. Остается горячее плотное ядро звезды — белый карлик, состоящий в основном из углерода и кислорода.
Эволюционный процесс звезды с массой, подобной массе Солнца, которая переходит в фазу красного гиганта (2-3), затем теряет свои внешние слои, образуя планетарную туманность (4), пока от нее не останется голое горячее ядро, которому суждено остыть, — белый карлик (5).
Во время фазы красного гиганта ближайшие планеты могут быть поглощены или уничтожены. После формирования белого карлика могут произойти события, в результате которых планеты или другие небесные тела будут гравитационно дестабилизированы из-за слишком близкого расположения к белому карлику. Приливные силы могут раздробить эти тела, а образовавшийся материал может выпасть на поверхность белого карлика.
Недавние наблюдения за белыми карликами показали наличие на их поверхности тяжелых элементов, таких как кальций, железо и магний. Эти элементы не должны присутствовать на белых карликах, так как из-за высокой плотности они должны быстро опускаться под поверхность. Присутствие этих элементов говорит о том, что белый карлик недавно аккрецировал материал от близлежащих небесных тел, таких как планеты или астероиды, и поглотил их.
Почему мы заинтересованы в их изучении?
Изучение загрязненных белых карликов представляет большой интерес для астрономов, поскольку они дают уникальную возможность понять внутренний состав внесолнечных планет. Когда белый карлик поглощает материал из разрушенных планет или астероидов, это позволяет ученым напрямую анализировать внутренние компоненты планет, что было бы невозможно при существующих технологиях прямого наблюдения за внесолнечными планетами.
Кит Хокинс, астроном из Техасского университета в Остине и соавтор исследования, подчеркнул: «Изучение загрязненных белых карликов — единственный достоверный способ по-настоящему понять, из чего состоят планеты за пределами Солнечной системы». Это понимание имеет решающее значение не только для познания химического состава, но и для формирования и эволюции планет в других звездных системах.
Мы также заинтересованы в том, чтобы понять судьбу нашей Солнечной системы, потому что Солнце тоже станет белым карликом.
Однако выявление этих загрязненных белых карликов — непростая задача. Доказательства, видимые по наличию тяжелых металлов в их атмосферах, бывает трудно обнаружить. Кроме того, астрономы должны обнаружить эти звезды в относительно короткий промежуток времени: тяжелые элементы быстро опускаются под поверхность белого карлика из-за его высокой плотности, что делает их обнаружение возможным только в течение ограниченного периода времени.
ИИ на основе данных Gaia
Хотя астрономы могут идентифицировать такие звезды, вручную изучая данные астрономических обзоров, это может занять много времени. Чтобы проверить более быстрый процесс, команда применила ИИ к данным европейской миссии Gaia.
Gaia проводит один из крупнейших на сегодняшний день спектроскопических обзоров белых карликов, но данные об этих звездах имеют слишком низкое разрешение по сравнению с тем, что требуется для исследования. Поэтому ученые посчитали, что завершить его не удастся.
Чтобы найти эти неуловимые звезды, команда использовала метод многомерного обучения ИИ. С ее помощью алгоритм ищет схожие черты в наборе данных и группирует похожие элементы в упрощенный визуальный граф. Затем исследователи могут изучить этот граф и решить, какие группы заслуживают дальнейшего изучения.
Астрономы создали алгоритм для классификации более 100 000 возможных белых карликов. Из них группа из 375 звезд выглядела многообещающе: они обладали ключевой характеристикой — наличием тяжелых металлов в атмосфере. Последующие наблюдения с помощью телескопа Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд Техасского университета подтвердили подозрения астрономов. Као сказал:
Наш метод может увеличить число известных загрязненных белых карликов в десять раз, что позволит нам лучше изучить разнообразие и геологию планет за пределами Солнечной системы. Если наша планета уникальна среди планетарных систем, она также может быть уникальной в своей способности поддерживать жизнь.
С исследованием, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal, можно ознакомиться здесь.
