AI (artificial intelligence) används i sökandet efter stjärnor som slukar planeter

 

Vita dvärgar är stjärnor i sitt sista skede. De har förbrukat sitt bränsle, släppt ut sina yttre lager av materia i rymden och svalnar långsamt. En dag kommer vår sol att bli en vit dvärg efter att solen först svällt upp till en röd jättestjärna och troligen slukat Jorden. En typisk vit dvärg har en radie som är 1 procent av solens men grovt räknat samma massa. Detta motsvarar en täthet på cirka 1 ton per kubikcentimeter.

Astronomer har nyligen hittat hundratals vita dvärgstjärnor i Vintergatan som slukar planeter som finns i omloppsbana runt dem (inte att förväxla med då en sol sväller upp till en röd jätte och slukar en planet. I vita dvärgstadiet som kommer efter det röda då en sol dras samman handlar det om gravitation från en mycket tät kropp som drar till sig en en planet). Planeter som dessa är svåra att finna men intressanta att studera under den tid de förstörs eller kommer att förstöras genom att de dras in mot och ner på en vit dvärgstjärna..

Historiskt sett har astronomer varit tvungna att manuellt gå igenom mängder av kartläggningsdata för att hitta tecken på dessa stjärnors existens. Uppföljande observationer skulle sedan bevisa eller motbevisa tecken på deras existens. Genom att använda en ny form av artificiell intelligens, kallad mångfaldig inlärning, har ett team under ledning av doktoranden Malia Kao vid University of Texas i Austin påskyndat processen med en ny AI algoritm som till 99 % lyckas med identifiering av dessa objekt.

Vi vet  planeterna som kretsar kring en vit dvärg kan dras mot den dennas starka gravitation och slitas isär och förtäras. När detta händer blir den vita dvärgen  "förorenad" med tungmetaller från planeten kärna. Eftersom vita dvärgars atmosfärer nästan helt består av väte och helium kan närvaron av andra grundämnen på ett tillförlitligt sätt tillskrivas externa källor.

"För förorenade vita dvärgar bränns planetenskärna bokstavligen fast på stjärnans yta så vi kan upptäcka den", beskriver Kao. "Förorenade vita dvärgar  är det bästa sättet vi kan karakterisera exoplaneters inre på efter att de slukats."

Även om astronomer kan identifiera dessa stjärnor genom att manuellt granska data från astronomiska kartläggningar är det tidskrävande. För att testa en snabbare process använde därför teamet AI på data som fanns tillgänglig från rymdteleskopet Gaia insamling. "Gaia ger en av de största spektroskopiska undersökningarna av vita dvärgar hittills, men dess data är så lågupplöst att vi trodde att det inte skulle vara möjligt att hitta förorenade vita dvärgar med den", beskriver Hawkins. "Men det här arbetet visar att det går."

För att hitta dessa svårfångade stjärnor använde teamet sig av AI-tekniken som innebär mångfaldig inlärning. Med algoritmen letas efter liknande funktioner i en uppsättning data och klumpar ihop liknande objekt i ett förenklat, visuellt diagram. Forskarna kan sedan granska diagrammet och avgöra vilka klumpar som motiverar ytterligare undersökning.

Astronomerna skapade algoritmen för att sortera över 100 000 möjliga vita dvärgar. Av dessa sågs 375 stjärnor lovande ut. Det visade den viktigaste egenskapen, att de hade tungmetaller i sina atmosfärer. Uppföljande observationer med Hobby-Eberly-teleskopet vid UT:s McDonald-observatorium bekräftade astronomernas misstankar. 

Forskningen använde sig av data från Europeiska rymdorganisationens (ESA) uppdrag Gaia. Uppgifterna bearbetades av Gaia Data Processing and Analysis Consortium. Uppföljande observationer gjordes med Hobby-Eberly Telescope (HET), som är ett samarbete mellan University of Texas i Austin, Pennsylvania State University, Ludwig Maximilians-Universitaet München och Georg-August Universitaet Göttingingen, och med Very Large Telescope (VLT) vid Europeiska sydobservatoriet (ESO). Texas Advanced Computing Center vid UT Austin tillhandahöll högpresterande databehandlings-, visualiserings- och lagringsresurser för denna forskning.

Resultaten av denna lyckade identifiering publicerades nyligen  i Astrophysical Journal.

Bild https://news.utexas.edu/ Bildkredit: NASA, ESSA, Joseph Olmsted (STScI).

Magnetfält byggs upp i vita dvärgar

 

Mer än 90 % av stjärnorna i vintergatan avslutar sin tillvaro som vita dvärgar (om något mer sker sedan vet vi inte men möjligen är nästa steg att de blir en svart dvärg enligt en teori efter mycket lång tid). En av dessa vita dvärgar blir även slutet för vår sol medan större stjärnor kan sluta i en supernova.

Många vita dvärgar har upptäckts innehålla ett magnetfält. Men tills nu har det fortfarande varit okänt när magnetfält bildas och i vilka vita dvärgar detta sker. Misstanken är och har varit att fältet utvecklas över tid när den vita dvärgen avkyls över tid. Men tills nu har mekanismerna för detta inte utarbetats till en teori som verkar hålla. Minst en av fyra vita dvärgar kommer att avsluta sitt liv som magnetisk så magnetfälts uppbyggnad är  viktigt att förstå men även komplext (troligen blir alla vita dvärgar magnetiska efter hand som tiden går men inte likvärdigt i tid (min anm).

Nya rön om magnetismen hos dessa stjärnor från teamets undersökning ger de bästa bevisen hittills för hur magnetism i vita dvärgar korrelerar med ålder. Denna kunskap kan hjälpa till att förklara ursprunget och utvecklingen av magnetfält i vita dvärgar.

"Vita dvärgar är rester av stjärnor som har slut på bränsle och därmed kollapsar. Av naturen blir de svalare och svagare i ljusstyrka över tid, säger Dr. Stefano Bagnulo, Armagh Observatory och medförfattare till rapporten publicerad i The Monthy Notices of the Royal Astronomical Society. 

Vi ska även ha i åtanke att innan de krymper samman till en vit dvärg har de svällt upp som röd jätte. I en sådan process kommer jorden att slukas i röd hetta när solens tid är ute (min anm.).

"Observationer visar att de ljusaste mest massiva och därmed hetaste vita dvärgarna är de yngsta. I vår undersökning valde vi att inkludera äldre svagare vita dvärgarna med förhoppningen att vi skulle kunna lära oss mer om den fortsatta utvecklingen av dessa. De flesta vita dvärgobservationer görs med spektroskopisk teknik som är känslig för endast de starkaste magnetfälten, vilkens teknik misslyckas med att identifiera en stor del av magnetiska vita dvärgar", säger Dr. John Landstreet vid University of Western Ontario och en medförfattare. Två tredjedelar av stjärnorna i vår undersökning observerades för första gången i spektropolarimetriskt läge vilket gjorde det möjligt för vårt team att spela in tidigare oupptäckta magnetfält."

Teamet fann att magnetfält är sällsynta i början av en stjärnas nya tillvaro som vit dvärg.  Teamet fann också att magnetfälten hos vita dvärgar inte visar uppenbara bevis på förfall av magnetism med tiden tvärtom denna ökar över tid. Resultaten indikerar att magnetfälten genereras under kylfasen vid stjärnytan när den vita dvärgen åldras. Magnetfält i vita dvärgar dyker upp oftare (troligen alltid min anm.) efter att stjärnans kolsyrekärna börjar kristalliseras. En förklaring till orsaken till dessa magnetfält är en dynamomekanism som förklarar de svagaste fälten som upptäckts av teamet (de i yngre vita dvärgar där kärnprocessen inte helt kommit i gång).

En dynamomekanism uppstår när ett roterande föremål som en vit dvärg eller jorden innehåller en smält, elektriskt ledande vätska. I en vit dvärg kan den kristalliserande kolsyrekärnan generera magnetfältet på samma sätt som jordens smälta järnkärna genererar sitt magnetfält.

Min slutledning är att över tid ökar magnetfältets styrka i en vit dvärg. Hur denna styrka sedan är när denna slocknar och blir en svart dvärg vet vi dock inte. Vi vet inte heller om detta är slutet då inga helt säkra bevis på svarta dvärgar finns mer än teoretiskt (min anm,)

Bilden ovan: Stjärnan Sirius A (mitten) och den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden tagen av Hubbleteleskopet och publicerad på vikipedia.

Hubbleteleskopet upptäckte åldrande vita dvärgar

 

Detta är solens framtid. När bränslet tagit slut eller är nära slutet sväller solen upp till en röd jätte och slukar bland annat Jorden därefter blir solen en: Citerar här vikipedia "En vit dvärg vilket är en stjärna som varit normalstor men kollapsat till en dvärgstjärna med mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En typisk vit dvärg har en radie som är 1 procent av solens, men den har grovt räknat samma massa. Detta motsvarar en täthet på cirka 1 ton per kubikcentimeter". Ungefär 98 % av alla stjärnor i universum kommer i slutändan att sluta som vita dvärgar, inklusive vår egen sol.

  

Nu har nya observationer från Rymdteleskopet Hubble visat att det finns vita dvärgar där fortfarande en kärnfusion fortsätter ytan, Detta genom återstående vätebränsle som samlats där.  Denna upptäckt kan få konsekvenser för hur astronomer mäter stjärnhopars åldrar som innehåller de äldsta kända stjärnorna i universum.

Upptäckten utmanar den utbredda synen på vita dvärgar som inerta, långsamt kylande utbrända stjärnor där kärnfusionen har upphört. En internationell grupp astronomer har nu upptäckt de första bevisen på att vita dvärgar kan sakta ner sin åldrande genom att bränna väte på sina ytor. "Vi har de första observationerna som bevisar att vita dvärgar fortfarande kan genomgå stabil termonukleär aktivitet", säger Jianxing Chen vid Studiorum Università di Bologna and the Italian National Institute for Astrophysics vilken ledde forskningen och tillägger. "Detta var en överraskning, eftersom det strider mot vad man vanligtvis tror."

För att undersöka fysiken som ligger till grund för vita dvärgutveckling jämförde astronomer svalnande vita dvärgar i två massiva samlingar av stjärnor. De klotformiga kusterna 

Messier 3 som finns i riktning mot stjärnbilden Jakthundarna och  Messier 13 som finns i riktning mot stjärnbilden Herkules.

Dessa två kluster delar många fysiska egenskaper som ålder och metallicitet (överflöd av tyngre element) men populationerna av stjärnor i dem som så småningom kommer att ge upphov till vita dvärgar är olika. Detta gör M3 och M13 tillsammans till ett perfekt naturligt laboratorium för att testa hur olika populationer av vita dvärgar svalnar. "Den fantastiska kvaliteten från våra Hubble-observationer gav oss en fullständig bild av stjärnpopulationerna i de två klotformiga klustren", fortsatte Chen. "Detta gjorde det möjligt för oss att kontrastera hur stjärnor utvecklas i M3 och M13."

 

De använde Hubbles WFC3 - Wide Field Camera 3 då https://esahubble.org/about/general/instruments/wfc3/

teamet observerade M3 och M13 på ultravioletta våglängder för att därefter jämföra mer än 700 vita dvärgar i de två klustren. De fann att M3 innehåller ordinära vita dvärgar där kärnorna svalnar över tid. M13 däremot innehåller å andra sidan två populationer av vita dvärgar: vita dvärgar av standardkvalitet (där kärnan svalnar ner) och de som har lyckats hålla kvar ett yttre vätehölje så att de brinner längre och därmed svalnar långsammare. Det är de senare forskarna vill förstå mer för att kunna göra en korrekt åldersbestämning av dessa objekt som vid en snabb blick kan lura oss att de är yngre än de är.

Bild vikipedia på Stjärnan Sirius A (mitten) och den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden tagen av Hubbleteleskopet

Blå stjärnor är normalt unga heta stjärnor med ca 100 gånger tätare materia än vår sol. Men nu börjar forskare undra vad vissa blå stjärnor är.

Det anses att blå stjärnor än nybildade stjärnor av en ålder enbart av några miljoner år. Tätare, hetare och unga gnistrande objekt. Närmsta anhopningen av blå stjärnor R 136 finns i det så kallade Doradusmolnet som är en del av det stora magellanska molnet en satellitgalax till vintergatan ca 180000 ljusår bort.

Nu har forskare på Texasuniversitet  funnit blå stjärnor vilka verkar äldre än vad normalt en blå stjärnor är innan de övergår i nästa stadie att bli en gul stjärna vid svalnandet.

Det finns en gräns trodde man hur länge en stjärna kan vara energirik som  blå stjärna. Nu har blå stjärnor setts  vilka inte borde vara blå längre då de bör vara betydligt äldre än vad som anses att  blå stjärnor är.

En teori är att det kan vara överföring av energi till en närliggande stjärna som fått denna effekt. Detta genom att den åldrande blå stjärnan tömt sin energi till den närliggande stjärnan vilken då blivit hetare och till slut blå. Detta medan den uttömmande ursprungliga blå stjärnan övergått till en vit dvärg när energin blivet lägre..

Bevis på närliggande vita dvärgar finns i närheten av blå stjärnor som just på grund av sitt läge i universum borde varit äldre.

Kanske detta får teorin som den mest troliga om varför blå stjärnor finns där de inte borde finnas och vita dvärgar är närliggande.