ИИ раскрывает космических каннибалов

Современные астрономические исследования выявили удивительный феномен: некоторые белые карлики, остатки звезд, подобных нашему Солнцу, "запятнаны" присутствием тяжелых элементов на своей поверхности.

Это свидетельствует о том, что эти звезды, возможно, поглотили планеты, некогда вращавшиеся вокруг них. Однако поиск таких "загрязненных" белых карликов — задача крайне сложная и трудоемкая.

Ранее астрономам приходилось кропотливо анализировать огромные массивы данных, полученных с космических телескопов, чтобы выявить потенциальных кандидатов и затем проводить дополнительные наблюдения для подтверждения своих предположений.

Но теперь, благодаря использованию передовых технологий искусственного интеллекта, процесс поиска значительно ускорился. Ученые под руководством Малии Као из Техасского университета в Остине разработали алгоритм на основе метода машинного обучения, известного как manifold learning.

Применив его к данным, собранным космической миссией Gaia Европейского космического агентства, исследователи достигли поразительной точности в 99% при идентификации "загрязненных" белых карликов. За короткий промежуток времени им удалось обнаружить более 300 таких звезд.

Белые карлики — это финальная стадия эволюции звезд средней массы, к которым относится и наше Солнце. Когда запасы водорода в звезде истощаются, она начинает сжигать гелий, превращаясь в красного гиганта. В этой фазе звезда сбрасывает внешние слои, образуя планетарную туманность, а ее ядро сжимается в плотный и горячий белый карлик, состоящий преимущественно из углерода и кислорода.

Во время превращения в красного гиганта ближайшие к звезде планеты могут быть поглощены или разрушены. Даже после образования белого карлика гравитационное воздействие может дестабилизировать орбиты оставшихся планет, приводя к их разрушению. Обломки этих планет, притянутые белым карликом, оседают на его поверхности.

Наблюдения за белыми карликами выявили наличие на их поверхности тяжелых элементов, таких как кальций, железо и магний.

Эти элементы не характерны для белых карликов и должны были бы быстро погрузиться в их недра из-за высокой плотности. Их присутствие — прямое доказательство того, что звезда недавно поглотила материал разрушенных планет или астероидов.

"Загрязненные" белые карлики представляют собой уникальную возможность для изучения состава экзопланет — планет, находящихся за пределами Солнечной системы. Анализ материала, поглощенного белым карликом, позволяет ученым косвенно исследовать внутреннее строение разрушенных планет, что невозможно достичь с помощью современных методов прямого наблюдения.

Понимание химического состава и процессов формирования экзопланет — ключ к разгадке тайны возникновения жизни во Вселенной. Изучение "загрязненных" белых карликов также помогает нам предсказать будущее нашей собственной Солнечной системы, ведь Солнце тоже однажды превратится в белый карлик.

Хотя астрономы способны выявлять "загрязненные" белые карлики, анализируя данные астрономических обзоров вручную, этот процесс чрезвычайно трудоемок. Стремясь к оптимизации и ускорению поиска, исследовательская группа обратилась к помощи искусственного интеллекта. В качестве основы для обучения ИИ были использованы данные, собранные европейской миссией Gaia.

Gaia проводит один из самых масштабных на сегодняшний день спектроскопических обзоров белых карликов. Однако разрешение данных, собранных Gaia, недостаточно высоко для детального изучения состава атмосфер этих звезд. Изначально ученые полагали, что извлечь необходимую информацию из данных Gaia не представляется возможным.

Для решения этой задачи команда использовала метод многомерного обучения ИИ. Этот метод позволяет алгоритму выявлять сходства в больших наборах данных и группировать объекты с похожими характеристиками в упрощенную визуальную модель. Анализируя эту модель, исследователи могут определить группы объектов, заслуживающие пристального внимания.

Алгоритм, разработанный астрономами, проанализировал данные более 100 000 потенциальных белых карликов. Из них была выделена группа из 375 звезд, демонстрирующих признаки присутствия тяжелых металлов в их атмосферах — ключевой индикатор поглощения планетного материала.

Для подтверждения этих предположений были проведены дополнительные наблюдения с помощью телескопа Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд Техасского университета. Результаты наблюдений подтвердили первоначальные выводы, сделанные с помощью ИИ.

Малия Као отметила, что разработанный метод позволит увеличить число известных "загрязненных" белых карликов в десять раз, что откроет новые возможности для изучения разнообразия и геологии экзопланет. Она также подчеркнула важность понимания уникальности Земли и ее способности поддерживать жизнь в контексте изучения других планетных систем.

Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Фото: www. eso.org/ESO/L. Calçada (Creative Commons Attribution 4.0 International license)