Em 2013, a Agência Espacial Europeia lançou a espaçonave Gaia. Como sucessor da missão Hipparcos, este observatório espacial passou os últimos três anos e meio coletando informações sobre o espaço. Antes que sua missão chegue ao fim no próximo ano (embora possa ser prorrogada), as informações obtidas serão usadas para construir o maior e mais preciso mapa astronômico 3D.
Durante a pesquisa espacial, Gaia também descobriu várias coisas interessantes. Por exemplo, depois de explorar o catálogo Gaia com uma rede neural artificial especialmente projetada, uma equipe europeia de pesquisadores descobriu recentemente seis novas estrelas de hipervelocidade na Via Láctea. E uma dessas estrelas está se movendo tão rápido que pode eventualmente deixar nossa galáxia.
Sua pesquisa, intitulada "Uma Rede Neural Artificial para Descobrir Estrelas da Hipervelocidade: Candidatos em Gaia DR1 / TGAS", foi publicada recentemente nos Avisos Mensais do Royal Astronomical Society. Foi também apresentado no final do mês passado na "Semana Europeia de Astronomia e Ciências Espaciais", que decorreu de 26 a 30 de junho em Praga, na República Checa.
Conceito artístico do telescópio Gaia no contexto da Via Láctea, Crédito: ESA / ATG medialab; antecedentes: ESO / S. Brunier
Estrelas de hipervelocidade são objetos raros e fascinantes. Enquanto todas as estrelas da Via Láctea estão em movimento constante em órbitas ao redor do centro de nossa galáxia, algumas delas aceleram a velocidades de centenas de quilômetros por segundo. No passado, os astrônomos concluíram que essas estrelas que se movem rapidamente são o resultado da passagem de estrelas a distâncias curtas ou uma supernova de uma companheira estelar.
E há pouco mais de uma década, os astrônomos tomaram conhecimento de uma nova classe de estrelas de alta velocidade que se acredita terem sido aceleradas a partir de interações anteriores com o buraco negro supermassivo de Sagitário A *, que está no centro da galáxia. Essas estrelas são muito importantes para estudar a estrutura geral da Via Láctea, pois indicam os tipos específicos de eventos e forças que moldaram sua história.
Como explicou Elena Maria Rossi da Universidade de Leiden, na Holanda, que é uma das autoras do artigo, num comunicado de imprensa da ESA:
“Estas são estrelas que viajaram distâncias enormes através da Galáxia, mas podem ser rastreadas até seu núcleo - uma área tão densa e obscurecida por gás interestelar e poeira que geralmente é muito difícil de observar - de modo que elas nos fornecem informações importantes sobre o campo gravitacional da Via Láctea do centro para a periferia."
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Conceito artístico de estrelas correndo pela galáxia. Crédito: Agência Espacial Europeia
Encontrar essas estrelas não é uma tarefa fácil, em grande parte porque sua velocidade as torna extremamente difíceis de serem detectadas no vasto e lotado disco da Via Láctea. Como resultado, os cientistas confiaram em jovens estrelas massivas (2,5 a 4 massas solares) na velha população estelar da Galáxia. Basicamente, sua tenra idade e grande massa são indicadores de que não podem surgir ali.
Combinado com medições de suas velocidades e trajetórias passadas, este método confirmou a presença de estrelas de hipervelocidade no passado. No entanto, até agora, os cientistas encontraram apenas 20 estrelas de hipervelocidade, todas jovens e massivas. Os cientistas acreditam que muito mais estrelas de outras idades e massas estão se movendo pela Via Láctea em velocidades tão altas, mas elas não puderam ser detectadas antes.
Para resolver este problema, uma equipe europeia de pesquisadores liderados por Tomasso Marchetti, da Universidade de Leiden, na Holanda, começou a considerar como usar o vasto conjunto de dados de Gaia para otimizar pesquisas por estrelas em hipervelocidade. Depois de testar vários métodos, eles adaptaram uma rede de nêutrons para esses fins, ou seja, usaram um algoritmo de aprendizado de máquina para pesquisar os dados do censo estelar de Gaia durante o processo de coleta.
A partir do primeiro semestre de 2016, a equipe começou a desenvolver e treinar este programa em preparação para o primeiro lançamento de dados Gaia, que aconteceu alguns meses depois, em 14 de setembro de 2016. O estudante de graduação da Universidade de Leiden, Tomasso Marchetti, descreveu o processo da seguinte forma:
“No final, decidimos usar uma rede de nêutrons artificiais - software projetado para simular como nosso cérebro funciona. Com o "treinamento" correto, ele pode aprender a reconhecer certos objetos ou padrões em um grande conjunto de dados. Em nosso caso, nós a treinamos para procurar estrelas em hipervelocidade em um catálogo de estrelas, como o compilado por Gaia.
Representação artística de uma estrela de hipervelocidade descoberta pelo Very Large Telescope do ESO. Crédito: Observatório Europeu do Sul
Além de um mapa com a localização de mais de um bilhão de estrelas, os primeiros dados incluíam um pequeno catálogo de distâncias e movimentos de dois milhões de estrelas. Este catálogo, intitulado "Solução Astrométrica Tycho-Gaia (TGAS)", combinou dados das missões Gaia e Hipparcos.
No dia em que o catálogo foi publicado, Marchetti e sua equipe executaram um algoritmo em dois milhões de estrelas dentro do TGAS, o que levou a descobertas interessantes. "Em apenas uma hora, o cérebro artificial já reduziu o conjunto de dados para 20.000 estrelas potenciais de alta velocidade, até 1%", disse Rossi. "Seleção posterior, incluindo apenas distâncias e movimentos com uma certa precisão de medição, rendeu até 80 estrelas candidatas."
A equipe então estudou essas 80 estrelas com mais detalhes e comparou suas informações de movimento com dados de outros catálogos. Combinado com observações adicionais, eles finalmente encontraram seis estrelas que parecem estar se movendo mais rápido do que 360 km / s. Um deles tem até uma velocidade de mais de 500 km / s, o que significa que ele não está mais preso à gravidade da nossa Via Láctea e acabará saindo dele.
Mas talvez o aspecto mais importante dessa descoberta seja que essas estrelas não são particularmente massivas, como as 20 anteriores, cuja massa era comparável à do nosso sol. Além disso, as 5 estrelas mais lentas provavelmente se tornarão o foco de todo o estudo, já que os cientistas querem determinar o que as está impedindo. Uma possível explicação é que a matéria escura da galáxia é responsável por essa interação.
O primeiro mapa do céu de Gaia. Crédito: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Universidade de Lisboa), em representação da DPAC
Como o TGAS era, em muitos aspectos, apenas uma pequena fração dos vastos e valiosos dados de Gaia, este estudo demonstra os tipos de descobertas de pesquisa que serão possíveis. Com dados sobre bilhões de estrelas, os astrônomos certamente descobrirão novos e surpreendentes conhecimentos sobre a dinâmica de nossa Via Láctea e as forças que a criaram.
Para isso, Marchetti e sua equipe estão refinando seu software para lidar com o conjunto de dados muito maior, que deve ser lançado em abril de 2018. Este catálogo incluirá distâncias e movimentos para mais de um bilhão de estrelas, bem como velocidades para um subconjunto específico. Com isso, a equipe aprende que estrelas que se movem rapidamente na Via Láctea são muito mais comuns do que se pensava.
E não deixe de assistir a este vídeo que mostra as trajetórias dessas estrelas recém-descobertas em movimento rápido da ESA:
