Lečaste galaksije in nevronske mreže

V nedavnem članku, objavljenem v reviji Monthly notices of the Royal Astronomical Society, je avstralska raziskovalna skupina predstavila svoje ugotovitve o razvoju galaksij. Skupina je z računalniško simulacijo EAGLE poustvarila populacijo galaksij, kakršno opazimo v vesolju, ter določila glavne procese v razvoju lečastih galaksij.

Galaksije lahko v grobem razdelimo na tri skupine glede na njihovo obliko: eliptične, lečaste in spiralne. Eliptične nimajo izrazite strukture, v njih so zvezde razporejene v obliki nekoliko sploščene sfere. Spiralne galaksije imajo večino zvezd razporejenih v ravnini, te tvorijo galaktični disk, kjer so zgoščene v spiralnih rokavih. Lečaste so nekje vmes: v njih so zvezde urejene v disk, toda ta nima izrazite spiralne strukture.

Raziskovalno skupino je zanimalo, kateri procesi so pomembni za razvoj lečastih v odnosu do drugih tipov galaksij. Sumimo, da nastanek lečastih galaksij lahko pojasnita dva procesa. Ena možna razlaga je, da spiralne galaksije ob prehodih galaktične jate izgubljajo plin, s čimer izgubijo spiralne rokave. Druga razlaga pa pojasni nastanek z galaktičnimi trki med spiralnimi in drugimi galaksijami.

Skupina se je raziskav razvoja galaksij in galaktičnih jat lotila s simulacijo EAGLE. Simulacija zaobjema kocko vesolja kozmoloških razsežnosti, v kateri nastane nekaj tisoč galaksij in simulira obdobje deset milijard let. Klasifikacije galaksij se je raziskovalna skupina lotila z nevronsko mrežo, saj je klasifikacija tipičen problem za strojno učenje. Skupina je uporabila konvolucijsko nevronsko mrežo, ki so jo učili klasifikacije na slikah poznanih galaksijah.

Simulacija je s parametri, določenimi s pomočjo opazovanj našega vesolja, uspela reproducirati razmerja tipov galaksij iz meritev. To nakazuje, da simulacija dobro opiše glavne procese razvoja galaksij. Poglavitni rezultat raziskovalne skupine pa je povezava med številsko gostoto in tipom galaksij. Opazili so, da pri manjših gostotah galaksij prevladujejo spiralne, medtem ko z višanjem števila galaksij začnejo prevladovati lečaste. Eliptične so najredkejše, čeprav njihov delež začne naraščati pri visokem številu galaksij.

Kot vzrok za opaženo zvezo med tipom in številom galaksij je skupina predlagala dva ključna procesa za nastanek lečastih galaksij. Prvi je prehod galaksij čez galaktične jate, znotraj katerih trčijo v mirujoč medgalaktični plin. Ti trki so dovolj močni, da plin ubeži gravitaciji galaksije. Spiralne galaksije na ta način izgubljajo plin, s čimer njihovi spiralni rokavi oslabijo in tako postajajo lečaste. To je skladno z opaženim nižanjem deleža spiralnih galaksij pri večjem številu galaksij. Večje število galaksij bi namreč pomenilo, da je galaksija bližje središču galaktične jate, kjer pride do več trkov z medgalaktičnim plinom. Drugi proces pa so tisti medgalaktični trki, pri katerih se dve galaksiji združita. 

Raziskovalna skupina je s svojo simulacijo kot prva poustvarila zvezo med tipom galaksije in številom galaksij, ki se ujema z opazovanji. V simulaciji so bili prepoznani procesi, ki določajo razmerja tipov galaksij. Območja, kjer bi prevladovale eliptične galaksije, skupina ni uspela simulirati, saj bi potrebovali simulacijo ogromnega dela vesolja, kjer nastanejo zelo masivne jate galaksij. Trenutne simulacije omejuje predvsem velikost in resolucija simuliranega prostora.

V spiralni galaksiji se vrti *vajenec Oskar.

Članek najdete tu.

Naslovna slika (NASA Hubble Space Telescope, Lenticular Galaxy NGC 4866, licenca CC BY 2.0).