DNA 350 000 gwiazd przeanalizowane w poszukiwaniu zaginionego rodzeństwa Słońca

Credit: N.A. Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF

Kierowana przez Australijczyków grupa astronomów pracująca także z europejskimi badaczami przeanalizowała “DNA” ponad 340 000 gwiazd w Drodze Mlecznej w poszukiwaniu rodzeństwa naszej gwiazdy dziennej, obecnie rozproszonego po całym niebie.

To jedno z ważniejszych oświadczeń w ramach ambitnego przeglądu Galactic Archaeology (GALAH), który ruszył pod koniec 2013 roku jako element odkrywania procesów formowania i ewolucji galaktyk. W momencie zakończenia projektu, naukowcy z zespołu GALAH przeanalizują już ponad milion gwiazd.

W ramach projektu GALAH naukowcy wykorzystali spektrograf HERMES zainstalowany na 3,9-metrowym Anglo-Australian Telescope w pobliżu Coonabarabran w Nowej Południowej Walli w Australii do zbierania widm 340 000 gwiazd.

W dniu dzisiejszym naukowcy po raz pierwszy udostępnili duży zestaw danych obserwacyjnych zebranych w ramach projektu.

Zebrane “DNA” pozwala prześledzić pochodzenie gwiazd, dzięki czemu naukowcy są w stanie obserwować jak Wszechświat zmieniał się z wypełnionego jedynie wodorem i helem – tuż po Wielkim Wybuchu – do obecnego wypełnionego wszystkimi pierwiastkami, które znamy na Ziemi, a które niezbędne są do powstania życia.

“Żaden inny przegląd nieba nie był w stanie badać tak wielu pierwiastków dla tak wielu gwiazd co GALAH” mówi dr Gayandhi De Silva z Uniwersytetu w Sydney, naukowiec instrumentu HERMES, który nadzorował grupy pracujące nad dzisiaj opublikowanym zestawem danych.

“Te dane umożliwią odkryć pierwotnych gromad gwiazd naszej Galaktyki, włącznie z gromadą, w której powstało Słońce oraz odkrycie jego rodzeństwa – jak dotąd jeszcze nikt na świecie nie zebrał takich danych jak naukowcy z projektu GALAH” dodaje de Silva.

Dr Sarah Martell z UNSW w Sydney, która kieruje obserwacjami prowadzonymi w ramach przeglądu GALAH dodaje także, że Słońce, tak jak i wszystkie gwiazdy, powstało w grupie lub gromadzie składającej się z tysięcy gwiazd.

“Każda gwiazda w tej gromadzie będzie miała taki sam skład chemiczny, DNA. Gromady takie szybko rozrywane są przez Drogę Mleczną i początkowo znajdujące się w niej gwiazdy rozpraszają się po całej galaktyce” mówi dr Martell.

“Celem zespołu GALAH jest szukanie związków DNA różnych gwiazd i znajdowanie rodzeństwa tych gwiazd, które z czasem oddaliło się od gromad macierzystych”.

Na DNA każdej gwiazdy składa się obfitość kilkudziesięciu pierwiastków chemicznych takich jak tlen, glin czy żelazo w jej składzie chemicznym.

Niestety astronomowie nie mogą pobrać DNA gwiazdy za pomocą patyczka, a muszą badać je obserwując emitowane przez nie światło. Zbierane przez teleskopy fotony wyemitowane przez gwiazdę przepuszczane są przez spektrograf, który rozszczepia wiązkę światła tworząc jej widmo.

Prof. Daniel Zucker z Uniwersytetu Macquarie oraz AAO przypomina, że astronomowie mierzą położenie i rozmiary ciemnych linii w widmie gwiazdy i na tej podstawie szacują ilość każdego pierwiastku w składzie chemicznym gwiazdy.

“Każdy pierwiastek chemiczny tworzy unikalny wzór ciemnych linii na określonych długościach fali promieniowania”.

Dr Jeffrey Simpson z AAO przyznaje, że aby zebrać wystarczającą ilość fotonów z każdej gwiazdy trzeba ją obserwować przez pół godziny. Na szczęści “możemy obserwować nawet 360 gwiazd jednocześnie dzięki zastosowaniu światłowodów”.

Aby zebrać opublikowane dzisiaj dane, badacze z zespołu GALAH spędzili przy teleskopie ponad 280 nocy zaczynając obserwacje w 2014 roku.

Schemat instrumentu HERMES przedstawiający rozszczepianie wiązki światła na cztery różne kanały. Źródło: Australian Astronomical Observatory (AAO)

Pomiar obfitości każdego pierwiastka chemicznego w tak wielu gwiazdach stanowi nie lada wyzwanie. W tym celu naukowcy z projektu GALAH opracowali wyrafinowane techniki analizy danych.

Sven Burden z Instytutu Maxa Plancka mówi “Szkolimy nasz kod komputerowy The Cannon w rozpoznawaniu schematów w widmach podzbioru gwiazd, który przeanalizowaliśmy bardzo dokładnie, a następnie wykorzystujemy algorytmy uczenia maszynowego do określenia ilości każdego pierwiastka we wszystkich 340 000 gwiazd”. Duong dodaje “The Cannon nazwaliśmy tak na cześć Annie Jump Cannon, amerykańskiej astronomki, która sklasyfikowała widma około 340 000 gwiazd na przestrzeni kilkudziesięciu lat sto lat temu – nasz kod analizuje tyle gwiazd dużo dokładniej w niecały dzień”.

Opublikowanie zestawu danych z przeglądu GALAH zbiega się w czasie z publikacją olbrzymiego zestawu danych z europejskiego satelity Gaia, który stworzył mapę ponad 1,6 miliarda gwiazd w Drodze Mlecznej tworząc jak dotąd największy i najdokładniejszy atlas nieba.

W połączeniu z prędkościami ustalonymi w ramach przeglądu GALAH, dane z sondy  Gaia dostarczą nam nie tylko położenia i odległości do gwiazd, ale także informacji o ruchu gwiazd w galaktyce.

Źródło: University of Sydney