研究人員在銀河系盤(pán)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的恒星團(tuán)，這是與另一個(gè)矮星系合并的第一個(gè)證據(jù)。機(jī)器學(xué)習(xí)算法和來(lái)自蓋亞太空天文臺(tái)的數(shù)據(jù)模擬使發(fā)現(xiàn)這種新的恒星流成為可能，它以希臘夜神女神Nyx的名字命名。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《 自然天文學(xué)》上，是賓夕法尼亞大學(xué)， 加州理工學(xué)院， 普林斯頓大學(xué)， 特拉維夫大學(xué)和 俄勒岡大學(xué)的研究人員合作的結(jié)果 。

蓋亞衛(wèi)星正在收集數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建超過(guò)10億顆恒星的高分辨率3D地圖。蓋亞(Gaia)可以從 L2拉格朗日(L2 Lagrange)的位置觀察整個(gè)天空，這些極其精確的恒星位置測(cè)量值使研究人員可以了解更多有關(guān)銀河系結(jié)構(gòu)的信息，例如銀河系，以及它們?nèi)绾坞S著時(shí)間演化。

在蓋亞(Gaia)收集數(shù)據(jù)的五年中，天文學(xué)家和研究的共同作者 佩恩(Ronn)的羅賓·桑德森(Robyn Sanderson)說(shuō)，迄今為止收集到的數(shù)據(jù)表明，星系比以前想象的要?jiǎng)討B(tài)和復(fù)雜得多。憑借對(duì)星系動(dòng)力學(xué)的興趣，桑德森正在研究通過(guò)研究恒星的軌道來(lái)模擬銀河系暗物質(zhì)分布的新方法。對(duì)她而言，蓋亞(Gaia)生成的海量數(shù)據(jù)既是了解銀河系的難得機(jī)會(huì)，又是需要新技術(shù)的科學(xué)挑戰(zhàn)，而機(jī)器學(xué)習(xí)正是這種挑戰(zhàn)。

“人們?yōu)樾窍到５囊环N方式是手工建立模型，”桑德森說(shuō)，他指的是該領(lǐng)域中使用的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。“但是這排除了我們銀河系形成的宇宙學(xué)背景：事實(shí)是它是由較小的星系合并而成的，或者最終形成恒星的氣體來(lái)自銀河系之外。” 現(xiàn)在，使用機(jī)器學(xué)習(xí)工具，像桑德森這樣的研究人員可以在計(jì)算機(jī)上重新創(chuàng)建星系的初始條件，以查看結(jié)構(gòu)是如何從基本物理定律中出現(xiàn)的，而無(wú)需指定數(shù)學(xué)模型的參數(shù)。

能夠使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)詢問(wèn)有關(guān)星系演化的問(wèn)題的第一步是 從 模擬中創(chuàng)建 模擬Gaia調(diào)查。這些模擬包括科學(xué)家所知道的有關(guān)星系形成方式的所有細(xì)節(jié)，包括暗物質(zhì)，氣體和恒星的存在。它們也是有史以來(lái)最大的星系計(jì)算機(jī)模型之一。研究人員使用三種不同的星系模擬來(lái)創(chuàng)建九次模擬調(diào)查，每項(xiàng)模擬中的三項(xiàng)模擬調(diào)查，每個(gè)模擬調(diào)查包含使用500萬(wàn)顆粒子生成的2-6億顆恒星。仿真需要幾個(gè)月的時(shí)間才能完成，需要1000萬(wàn)個(gè)CPU小時(shí)才能在一些世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

藝術(shù)家對(duì)蓋亞衛(wèi)星的印象。蓋亞(Gaia)由歐洲航天局(European Space Agency)于2013年發(fā)起，其雄心勃勃的使命是繪制銀河系的三維地圖，以揭示其組成，形成和演化過(guò)程。圖片來(lái)源：ESA–D。杜克羅斯(Ducros)，2013年

然后，研究人員在這些模擬數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以學(xué)習(xí)如何根據(jù)其動(dòng)態(tài)特征的差異來(lái)識(shí)別來(lái)自其??他星系的恒星。為了確認(rèn)他們的方法是可行的，他們驗(yàn)證了該算法是否能夠發(fā)現(xiàn)其他已被確認(rèn)為來(lái)自銀河系以外的恒星，包括蓋亞香腸 (Gaia Sausage)和赫爾米(Helmi)流，兩個(gè)與 星云合并的矮星系。數(shù)十億年前的銀河系。

除了發(fā)現(xiàn)這些已知的結(jié)構(gòu)外，該算法還識(shí)別出由250個(gè)恒星組成的星團(tuán)，它們與銀河系的盤(pán)一起朝著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。恒星流，由論文的主要作者利娜·內(nèi)西布(Lina Necib)命名為Nyx， 使用傳統(tǒng)的手工模型很難發(fā)現(xiàn)，特別是因?yàn)樯w亞星表中只有1%的恒星被認(rèn)為來(lái)自其他星系。“這種特殊的結(jié)構(gòu)非常有趣，因?yàn)闆](méi)有機(jī)器學(xué)習(xí)就很難看到它，” Necib說(shuō)。

但是，機(jī)器學(xué)習(xí)方法還需要仔細(xì)解釋，以確認(rèn)任何新發(fā)現(xiàn)都不只是代碼中的錯(cuò)誤。這就是為什么模擬數(shù)據(jù)集如此重要的原因，因?yàn)椴荒茉谒惴ㄋu(píng)估的同一數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練算法。研究人員還計(jì)劃通過(guò)收集有關(guān)其流化學(xué)成分的新數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)Nyx的起源，以查看這顆恒星團(tuán)是否與銀河系中的恒星不同。

對(duì)于正在研究暗物質(zhì)分布的桑德森及其團(tuán)隊(duì)成員而言，機(jī)器學(xué)習(xí)還提供了新的方法來(lái)測(cè)試有關(guān)暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)及其分布原理的理論。在即將發(fā)布的第三個(gè)Gaia數(shù)據(jù)版本中，該工具將變得尤為重要，它將提供更詳細(xì)的信息，使她的團(tuán)隊(duì)可以更準(zhǔn)確地模擬銀河系中暗物質(zhì)的分布。而且，作為Sloan數(shù)字天空調(diào)查聯(lián)盟的成員 ，桑德森還使用Gaia模擬來(lái)幫助計(jì)劃未來(lái)的恒星勘測(cè)，以創(chuàng)建整個(gè)宇宙的3D地圖。

“我的子領(lǐng)域的人們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向這些技術(shù)的原因是因?yàn)槲覀冎皼](méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)做這樣的事情?，F(xiàn)在，我們對(duì)數(shù)據(jù)不知所措，我們?cè)噲D弄清比舊模型所能處理的復(fù)雜得多的事情。”桑德森說(shuō)。“我的希望是能夠加深我們對(duì)銀河系質(zhì)量，暗物質(zhì)的分布方式的理解，并將其與我們對(duì)不同暗物質(zhì)模型的預(yù)測(cè)相比較。”

盡管分析這些海量數(shù)據(jù)集面臨挑戰(zhàn)，但桑德森很高興繼續(xù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)發(fā)現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)并獲得有關(guān)星系演化的新見(jiàn)解。“現(xiàn)在是在這個(gè)領(lǐng)域工作的好時(shí)機(jī)。這是夢(mèng)幻般的; 我喜歡它，”她說(shuō)。

標(biāo)簽： 機(jī)器學(xué)習(xí)