Met behulp van 148 parameters die een bepaald aspect van elk sterrenstelsel in deze set beschrijven, gebruikte de groep een computeralgoritme genaamd het ‘willekeurige bosregressoralgoritme’ om schaalrelaties tussen de vele galactische parameters vast te stellen, voor deze hele groep sterrenstelsels, om de parameter te vinden die voorspelt het beste de metalliciteit van de gasfase van het sterrenstelsel, wat de metalliciteit is van de gassen in het interstellaire medium van het sterrenstelsel.

Voor de metalliciteit in de gasfase gebruikten ze als proxy de verhouding tussen de hoeveelheid zuurstof (een chemische stof die de evolutie van sterrenstelsels volgt) en de waterstofmassa, gemeten op een afstand van één effectieve straal van het sterrenstelsel.

De hoeveelheid metalen in sterrenstelsels neemt geleidelijk toe, naarmate er zich voortdurend sterren vormen in een sterrenstelsel, en naarmate sterren een supernova worden, waarbij ze al hun elementaire massa in het galactische interstellaire medium uitstoten. De interne processen van sterrenstelsels, evenals andere, externe processen, laten een afdruk achter op de metalliteit van de gasfase, waarvan astronomen hebben ontdekt dat dit een zeer krachtig hulpmiddel is om de kenmerken en ontwikkeling van sterrenstelsels te begrijpen.

Het Random Forest-algoritme is een machine learning-techniek onder toezicht die astronomen met groot succes op grote schaal in de astronomische gemeenschap hebben gebruikt. De techniek maakte gebruik van een combinatie van beslissingsbomen die de invoerkenmerken vinden die de meeste informatie over een uitvoer- of doelkenmerk bevatten. Hier waren de inputkenmerken de vele galactische eigenschappen, en het doelkenmerk was de metalliciteit in de gasfase.

Uiteindelijk creëert het algoritme, door de vele combinaties van beslissingsbomen, een model om het doelkenmerk te voorspellen met behulp van een reeks voorwaarden voor de waarden van de vele invoerkenmerken.

De regressie toonde aan dat de beste voorspeller van de metalliciteit van de gasfase het baryonische zwaartekrachtpotentieel van het sterrenstelsel was, de verhouding tussen de stermassa en de effectieve straal. (De zwaartekrachtconstante G is niet inbegrepen, omdat het een constante is die alleen maar in de weg zit en desgewenst altijd later kan worden toegevoegd.)

Baryonen zijn deeltjes, zoals het proton of het neutron, die uit drie bestanddelen bestaan:quarks. Deze deeltjes interageren via de sterke kracht, dus het elektron is geen baryon. (Hoe dan ook, de massa van een proton en neutron is bijna 2000 keer groter dan die van een elektron, dus elektronen dragen heel weinig bij aan de stellaire en interstellaire massa.)

Het baryonische zwaartekrachtpotentieel van een sterrenstelsel geeft een betere voorspelling van de metalliciteit van de gasfase dan de galactische stellaire massa. Analyse toonde zelfs aan dat de sterkste afhankelijke verhouding de verhouding (totale stermassa ten opzichte van de effectieve straal) tot de macht 0,6 was. Het resultaat was goed voor galactische massa's tussen 300 miljoen en 300 miljard maal de massa van de zon. De groep beweert dat de macht 0,6, minder dan één, verantwoordelijk is voor de aanwezigheid van donkere materie in het sterrenstelsel.

"Het vinden van de nauwste en meest fundamentele relaties helpt ons ons begrip van hoe sterrenstelsels werken te verbeteren en is cruciaal om toekomstige simulaties te verfijnen", zegt Sánchez-Menguiano. "Het is nu belangrijk om de rol van deze parameter te onderzoeken op andere processen die een sterrenstelsel gedurende zijn hele leven ondergaat om ons begrip van het mondiale proces van vorming en evolutie van sterrenstelsels te verbeteren."

Toch vond de studie bewijs dat het baryonische zwaartekrachtpotentieel alleen de metalliciteit van de gasfase niet kan voorspellen, en dat andere secundaire parameters een opmerkelijke rol zouden kunnen spelen bij het bepalen ervan. Er wordt een toekomstige studie uitgevoerd om deze relaties verder te onderzoeken.

Meer informatie: Laura Sánchez-Menguiano et al., Stellaire massa is niet de beste voorspeller van de metalliciteit van sterrenstelsels, Astronomie en astrofysica (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202346708

Journaalinformatie: Astronomie en astrofysica

© 2024 Science X Netwerk