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Usando aprendizado de máquina e nucleossíntese de supernova de última geração, uma equipe de pesquisadores descobriu que a maioria das estrelas de segunda geração observadas no universo foram enriquecidas por múltiplas supernovas, relata um novo estudo em O Jornal Astrofísico.
A pesquisa de astrofísica nuclear mostrou que elementos incluindo e mais pesados que o carbono no universo são produzidos em estrelas. Mas as primeiras estrelas, estrelas nascidas logo após o Big Bang, não continham elementos tão pesados, que os astrônomos chamam de ‘metais’. A próxima geração de estrelas continha apenas uma pequena quantidade de elementos pesados produzidos pelas primeiras estrelas. Para entender o universo em sua infância, é necessário que os pesquisadores estudem essas estrelas pobres em metais.
Felizmente, essas estrelas pobres em metais de segunda geração são observadas em nossa Via Láctea e foram estudadas por uma equipe de membros afiliados do Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU). propriedades das primeiras estrelas do universo.
A equipe, liderada por Kavli IPMU Visiting Associate Scientist e The University of Tokyo Institute for Physics of Intelligence Assistant Professor Tilman Hartwig, incluindo Visiting Associate Scientist e National Astronomical Observatory of Japan Assistant Professor Miho Ishigaki, Visiting Senior Scientist e University of Hertfordshire Professor Chiaki Kobayashi , Cientista Sênior Visitante e Observatório Astronômico Nacional do Japão Professor Nozomu Tominaga, e Cientista Sênior Visitante e Professor Emérito da Universidade de Tóquio Ken’ichi Nomoto, usaram inteligência artificial para analisar abundâncias elementares em mais de 450 estrelas extremamente pobres em metal observadas até o momento. Com base no recém-desenvolvido algoritmo de aprendizado de máquina supervisionado treinado em modelos teóricos de nucleossíntese de supernovas, eles descobriram que 68% das estrelas extremamente pobres em metais observadas têm uma impressão digital química consistente com o enriquecimento de várias supernovas anteriores.
Os resultados da equipe fornecem a primeira restrição quantitativa baseada em observações sobre a multiplicidade das primeiras estrelas.
“A multiplicidade das primeiras estrelas só foi prevista a partir de simulações numéricas até agora, e não havia como examinar observacionalmente a previsão teórica até agora”, disse o principal autor Hartwig. “Nosso resultado sugere que a maioria das primeiras estrelas se formou em pequenos aglomerados, de modo que múltiplas de suas supernovas podem contribuir para o enriquecimento de metais do meio interestelar inicial”, disse ele.
“Nosso novo algoritmo fornece uma excelente ferramenta para interpretar os grandes dados que teremos na próxima década a partir de pesquisas astronômicas em andamento e futuras em todo o mundo”, disse Kobayashi, também um Leverhulme Research Fellow.
“No momento, os dados disponíveis de estrelas antigas são a ponta do iceberg dentro da vizinhança solar. O Prime Focus Spectrograph, um espectrógrafo multi-objeto de ponta no Telescópio Subaru desenvolvido pela colaboração internacional liderada por Kavli IPMU, é o melhor instrumento para descobrir estrelas antigas nas regiões externas da Via Láctea muito além da vizinhança solar,” disse Ishigaki.
O novo algoritmo inventado neste estudo abre as portas para aproveitar ao máximo diversas impressões digitais químicas em estrelas pobres em metais descobertas pelo Prime Focus Spectrograph.
“A teoria das primeiras estrelas nos diz que as primeiras estrelas deveriam ser mais massivas que o Sol. A expectativa natural era que a primeira estrela tivesse nascido em uma nuvem de gás contendo uma massa um milhão de vezes maior que a do Sol. No entanto, nossa nova descoberta sugere fortemente que as primeiras estrelas não nasceram sozinhas, mas se formaram como parte de um aglomerado estelar ou de um sistema estelar binário ou múltiplo. Isso também significa que podemos esperar ondas gravitacionais das primeiras estrelas binárias logo após o Big Bang, que poderiam ser detectadas futuras missões no espaço ou na Lua”, disse Kobayashi.
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