En 2013, l'Agence spatiale européenne a lancé le vaisseau spatial Gaia. En tant que successeur de la mission Hipparcos, cet observatoire spatial a passé les trois dernières années et demie à collecter des informations sur l'espace. Avant la fin de sa mission l'année prochaine (même si elle pourrait être prolongée), les informations reçues seront utilisées pour construire la carte astronomique 3D la plus grande et la plus précise.
Au cours de l'enquête spatiale, Gaia a également découvert plusieurs choses intéressantes. Par exemple, après avoir exploré le catalogue Gaia avec un réseau de neurones artificiels spécialement conçu, une équipe européenne de chercheurs a récemment découvert six nouvelles étoiles à grande vitesse dans la Voie lactée. Et l'une de ces étoiles se déplace si vite qu'elle pourrait éventuellement quitter notre galaxie.
Leur recherche, intitulée «Un réseau de neurones artificiels pour découvrir les étoiles de l'hypervélocité: candidats à Gaia DR1 / TGAS», a été récemment publiée dans les avis mensuels du Société royale d'astronomie. Il a également été présenté à la fin du mois dernier lors de la "Semaine européenne de l'astronomie et des sciences spatiales", qui s'est tenue du 26 au 30 juin à Prague, en République tchèque.
Concept artistique du télescope Gaia dans le contexte de la Voie lactée, Crédit: ESA / ATG medialab; contexte: ESO / S. Brunier
Les étoiles à hypervélocité sont des objets rares et fascinants. Alors que toutes les étoiles de la Voie lactée sont en mouvement constant sur des orbites autour du centre de notre galaxie, certaines d'entre elles accélèrent à des vitesses de centaines de kilomètres par seconde. Dans le passé, les astronomes ont conclu que ces étoiles se déplaçant rapidement sont le résultat du passage d'étoiles à de courtes distances ou d'une supernova d'un compagnon stellaire.
Et il y a un peu plus de dix ans, les astronomes ont pris conscience d'une nouvelle classe d'étoiles à grande vitesse qui auraient été accélérées à la suite d'interactions passées avec le trou noir supermassif Sagittarius A *, qui se trouve au centre de la galaxie. Ces étoiles sont très importantes pour étudier la structure générale de la Voie lactée, car elles indiquent les types spécifiques d'événements et de forces qui ont façonné leur histoire.
Comme l'explique Elena Maria Rossi de l'Université de Leiden aux Pays-Bas, qui est l'un des auteurs de l'article, dans un communiqué de presse de l'ESA:
«Ce sont des étoiles qui ont parcouru d'énormes distances à travers la galaxie, mais qui peuvent être tracées jusqu'à son noyau - une zone si dense et obscurcie par les gaz interstellaires et la poussière qu'il est généralement très difficile à observer - de sorte qu'elles nous fournissent des informations importantes sur le champ gravitationnel de la Voie lactée du centre à sa périphérie."
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Concept artistique d'étoiles se précipitant à travers la galaxie. Crédit: Agence spatiale européenne
Trouver de telles étoiles n'est pas une tâche facile, en grande partie parce que leur vitesse les rend extrêmement difficiles à détecter dans le disque énorme et encombré de la Voie lactée. En conséquence, les scientifiques se sont appuyés sur de jeunes étoiles massives (2,5 à 4 masses solaires) dans l'ancienne population stellaire de la Galaxie. Fondamentalement, leur jeune âge et leur grande masse sont des indicateurs qu'ils ne peuvent y apparaître.
Combinée à des mesures de leurs vitesses et trajectoires passées, cette méthode a confirmé la présence d'étoiles à haute vitesse dans le passé. Cependant, jusqu'à présent, les scientifiques n'ont trouvé que 20 étoiles à grande vitesse, et elles étaient toutes jeunes et massives. Les scientifiques pensent que beaucoup plus d'étoiles d'autres âges et masses se déplacent dans la Voie lactée à des vitesses aussi élevées, mais elles n'ont pas pu être détectées auparavant.
Pour résoudre ce problème, une équipe européenne de chercheurs dirigée par Tomasso Marchetti de l'Université de Leiden aux Pays-Bas a commencé à réfléchir à la manière d'utiliser le vaste ensemble de données de Gaia pour optimiser les recherches d'étoiles à haute vitesse. Après avoir testé diverses méthodes, ils ont adapté un réseau de neutrons à ces fins, c'est-à-dire qu'ils ont utilisé un algorithme d'apprentissage automatique pour rechercher les données du recensement stellaire de Gaia pendant le processus de collecte.
À partir du premier semestre 2016, l'équipe a commencé à développer et à former ce programme en vue de la première publication de données Gaia, qui a eu lieu quelques mois plus tard, le 14 septembre 2016. L'étudiant diplômé de l'Université de Leiden, Tomasso Marchetti, a décrit le processus comme suit:
«En fin de compte, nous avons décidé d'utiliser un réseau de neutrons artificiels - un logiciel conçu pour simuler le fonctionnement de notre cerveau. Avec la bonne «formation», il peut apprendre à reconnaître certains objets ou modèles dans un vaste ensemble de données. Dans notre cas, nous l'avons entraînée à rechercher des étoiles à haute vitesse dans un catalogue d'étoiles, comme celui compilé par Gaia.
Représentation artistique d'une étoile à grande vitesse découverte par le Very Large Telescope de l'ESO. Crédit: Observatoire européen austral
En plus d'une carte avec les emplacements de plus d'un milliard d'étoiles, les premières données comprenaient un petit catalogue des distances et des mouvements de deux millions d'étoiles. Ce catalogue, intitulé "Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS)", regroupe les données des missions Gaia et Hipparcos.
Le jour de la publication du catalogue, Marchetti et son équipe ont exécuté un algorithme sur deux millions d'étoiles au sein du TGAS, ce qui a conduit à des découvertes intéressantes. "En seulement une heure, le cerveau artificiel a déjà réduit l'ensemble de données à 20 000 étoiles potentielles à grande vitesse, à 1%", a déclaré Rossi. "Une sélection plus poussée, incluant uniquement la distance et le mouvement avec une certaine précision de mesure, a amené jusqu'à 80 étoiles candidates."
L'équipe a ensuite étudié ces 80 étoiles plus en détail et comparé leurs informations de mouvement avec les données d'autres catalogues. Combinés à des observations supplémentaires, ils ont finalement trouvé six étoiles qui semblent se déplacer à plus de 360 km / s. L'un d'eux a même une vitesse de plus de 500 km / s, ce qui signifie qu'il n'est plus lié par la gravité de notre Voie lactée et finira par la quitter.
Mais peut-être l'aspect le plus important de cette découverte est que ces étoiles ne sont pas particulièrement massives, comme les 20 précédentes, dont la masse était comparable à celle de notre Soleil. De plus, les 5 étoiles les plus lentes sont susceptibles de devenir l'objet de toute l'étude, car les scientifiques veulent déterminer ce qui les retient. Une explication possible est que la matière noire de la galaxie est responsable de cette interaction.
La première carte du ciel de Gaia. Crédit: ESA / Gaia / DPAC, A. Moitinho & M. Barros (CENTRA - Université de Lisbonne), au nom du DPAC
Étant donné que TGAS n'était à bien des égards qu'une petite fraction des vastes et précieuses données de Gaia, cette étude démontre le type de découvertes de recherche qui seront possibles. Avec des données sur des milliards d'étoiles, les astronomes découvriront certainement de nouvelles et étonnantes connaissances sur la dynamique de notre Voie lactée et les forces qui l'ont créée.
À cette fin, Marchetti et son équipe affinent leur programme pour gérer l'ensemble de données beaucoup plus volumineux, qui devrait être publié en avril 2018. Ce catalogue comprendra les distances et les mouvements de plus d'un milliard d'étoiles, ainsi que les vitesses d'un sous-ensemble. De là, l'équipe apprend que les étoiles en mouvement rapide dans la Voie lactée sont beaucoup plus courantes qu'on ne le pensait auparavant.
Et n'oubliez pas de regarder cette vidéo montrant les trajectoires de ces étoiles en mouvement rapide récemment découvertes, de l'ESA: