Học máy đã được sử dụng để mô tả đặc điểm của các nguyên tố nặng mà các ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ truyền lại cho những ngôi sao kế tiếp sau khi chúng phát nổ trong siêu tân tinh. Sự kế thừa vũ trụ này của các nguyên tố đã được nghiên cứu bởi các nhà nghiên cứu liên kết với Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli ở Tokyo, người đã tìm thấy bằng chứng cho thấy hầu hết thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ tồn tại trong hệ thống gồm hai ngôi sao trở lên.

Thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ được hình thành từ vật chất được cung cấp trực tiếp từ Vụ nổ lớn – hầu như chỉ có hydro và heli. Được cho là có khối lượng lớn và tồn tại trong thời gian ngắn, những ngôi sao này tạo ra các nguyên tố nặng hơn (được các nhà thiên văn học gọi là “kim loại”) khi các ngôi sao phát nổ thành siêu tân tinh. Vật liệu này sau đó hình thành nên các khối xây dựng nên thế hệ thứ hai của các ngôi sao tồn tại lâu hơn nhiều – một số trong số đó tồn tại cho đến ngày nay trong Dải Ngân hà. Mặc dù những ngôi sao này chứa nhiều nguyên tố nặng hơn thế hệ đầu tiên nhưng chúng vẫn được mô tả là “cực kỳ nghèo kim loại”.

Các mô phỏng máy tính trước đây cho thấy nhiều ngôi sao thế hệ thứ nhất tồn tại theo nhóm từ hai ngôi sao trở lên, nhưng cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng quan sát nào về sự đa dạng này. Giờ đây, nhóm Kavli đã sử dụng hệ thống máy học để phân tích hàm lượng kim loại của khoảng 460 ngôi sao thế hệ thứ hai được quan sát bởi Máy quang phổ lấy nét chính trên Kính viễn vọng Subaru của Nhật Bản ở Hawaii. Những dữ liệu quang phổ này chứa thông tin về thành phần nguyên tố của các ngôi sao và siêu tân tinh cung cấp nguyên liệu cho sự hình thành của chúng.

Siêu tân tinh mô phỏng

Dữ liệu được phân tích bằng thuật toán học máy được tạo bởi Tilman Hartwig của Đại học Tokyo. Học máy là một loại trí tuệ nhân tạo (AI) và hệ thống này được đào tạo bằng cách sử dụng hàng nghìn mô phỏng siêu tân tinh thế hệ đầu tiên trên nhiều khối lượng sao và năng lượng bùng nổ. Những mô phỏng này sử dụng mô hình tổng hợp hạt nhân để dự đoán quá trình sản xuất nguyên tố của từng loại siêu tân tinh. Thuật toán sau đó có thể xác định liệu một ngôi sao thế hệ thứ hai được tạo ra với sản lượng của một siêu tân tinh hay một số siêu tân tinh.

Thành viên nhóm giải thích: “Chúng tôi phát hiện ra rằng phần lớn (68%) các sao thế hệ thứ hai được làm giàu nhờ nhiều siêu tân tinh từ các sao đầu tiên, bằng cách phân tích thành phần hóa học của các sao thế hệ thứ hai được quan sát”. Chiaki Kobayashi của Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Thiên văn tại Đại học Hertfordshire của Vương quốc Anh. “Phát hiện của chúng tôi có nghĩa là vào thời kỳ sơ khai của vũ trụ, những ngôi sao đầu tiên hình thành trong một hệ nhiều sao hoặc trong một cụm sao, điều này đã được chỉ ra trong các mô phỏng lý thuyết, nhưng chưa bao giờ được xác nhận bằng các quan sát trước đây.”

“Các nguyên tố nhẹ như carbon và nitơ có thể được tạo ra trong các ngôi sao có khối lượng thấp như Mặt trời, nhưng phần lớn các nguyên tố như oxy và sắt được tạo ra bởi các siêu tân tinh. Nghiên cứu mới nhất cũng cho thấy những nguyên tố nặng nhất như vàng và uranium cũng được tạo ra bởi siêu tân tinh,” cô giải thích. “Những nguyên tố này được phân bổ từ các vùng hình thành sao đến môi trường liên sao bởi các vụ nổ siêu tân tinh. Quá trình này có thể kích hoạt hoặc có thể ngăn chặn sự hình thành thế hệ sao tiếp theo và do đó siêu tân tinh rất quan trọng đối với toàn bộ lịch sử của các thiên hà.”

Sự sinh ra và cái chết của sao

Miho Ishigaki, người cũng làm việc tại Đại học Tokyo cho biết thêm rằng cách tiếp cận thông thường để giải thích sự phong phú nguyên tố trong sao là khớp dữ liệu với một mô hình mô tả đầu ra của một ngôi sao đã trải qua siêu tân tinh. Điều này giả định rằng chỉ có một siêu tân tinh chịu trách nhiệm sản xuất kim loại trong một ngôi sao cực kỳ nghèo kim loại nhất định.

Trầm tích siêu tân tinh vẫn mưa trên Trái đất và Mặt trăng

Cô nói: “Nếu các tình huống phức tạp hơn, chẳng hạn như nhiều siêu tân tinh làm phong phú thêm thế hệ sao tiếp theo, thì không thể hạn chế các mô hình một cách tự tin với dữ liệu hạn chế,” cô nói, đó là lý do tại sao nhóm chuyển sang học máy. “Phương pháp học máy là một cách hiệu quả để diễn giải những dữ liệu đó có tính đến các mô hình lý thuyết phức tạp. Cô giải thích: Cách tiếp cận dựa trên AI như vậy sẽ quan trọng hơn trong thập kỷ tới khi có thêm dữ liệu từ các cuộc khảo sát thiên văn sắp tới”.

Kobayashi cho biết thêm, “Bây giờ tôi có thể tưởng tượng rất nhiều ngôi sao sáng hình thành cùng nhau, điều này có thể tăng tốc độ hình thành thiên hà và làm giàu hóa học của vũ trụ. Ý tưởng này phù hợp với những gì chúng ta đang thấy từ những kết quả mới nhất từ ​​Kính viễn vọng Không gian James Webb.”

Kobayashi cho biết tiếp theo nhóm sẽ điều tra xem trung bình có bao nhiêu siêu tân tinh đã làm giàu cho thế hệ sao thứ hai, một nghiên cứu sẽ yêu cầu dữ liệu quan sát chính xác hơn.

Nghiên cứu được mô tả trong Tạp chí Astrophysical Journal.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/first-stars-in-the-universe-formed-in-groups-machine-learning-study-reveals/