At finde den bedste forudsigelse for et galaksens metalliske indhold

Ved at bruge 148 parametre, der beskriver nogle aspekter af hver galakse i dette sæt, brugte gruppen en computeralgoritme kaldet "den tilfældige skovregressoralgoritme" til at etablere skaleringsrelationer mellem de mange galaktiske parametre for hele denne gruppe af galakser for at finde den, der forudsiger bedst galaksens gasfasemetallicitet, som er metalliciteten af ​​gasserne i galaksens interstellare medium.

For gasfasemetalliciteten brugte de som en proxy forholdet mellem oxygenmængden - et kemikalie, der sporer galaksernes udvikling - og brintmassen, målt i en afstand af én effektiv radius af galaksen.

Mængden af ​​metaller i galakser stiger gradvist, efterhånden som stjerner hele tiden dannes i en galakse, og efterhånden som stjerner går til supernova og spytter hele deres grundstofmasse ud i det galaktiske interstellare medium. Galaksernes indre processer, såvel som andre, eksterne processer, efterlader et aftryk på gasfasemetalliciteten, som astronomer har fundet er et meget kraftfuldt værktøj til at forstå galaksernes karakteristika og udvikling.

Den tilfældige skovalgoritme er en overvåget maskinlæringsteknik, som astronomer har brugt flittigt i det astronomiske samfund med stor succes. Teknikken brugte en kombination af beslutningstræer, der finder de inputfunktioner, der indeholder mest information om en output- eller målfunktion. Her var inputegenskaberne de mange galaktiske egenskaber, og målegenskaberne var gasfasemetalliciteten.

I sidste ende skaber algoritmen, gennem de mange kombinationer af beslutningstræer, en model til at forudsige målfunktionen ved hjælp af et sæt betingelser for værdierne af de mange inputfunktioner.

Regressionen viste, at den bedste forudsigelse for gasfasemetalliciteten var galaksens baryoniske gravitationspotentiale, forholdet mellem stjernemasse og den effektive radius. (Gravitationskonstanten G er ikke inkluderet, fordi det er en konstant, der bare er i vejen og altid kan tilføjes senere, hvis det ønskes.)

Baryoner er partikler, ligesom protonen eller neutronen, der er lavet af tre bestanddele - kvarker. Disse partikler interagerer via den stærke kraft, så elektronen er ikke en baryon. (Under alle omstændigheder er massen af ​​en proton og neutron næsten 2.000 gange større end en elektron, så elektroner bidrager meget lidt til stjerne- og interstellar masse.)

Det baryoniske gravitationspotentiale i en galakse giver en bedre forudsigelse af gasfasens metallicitet end den galaktiske stjernemasse. Faktisk viste analyse, at den stærkeste afhængighed var forholdet (total stjernemasse over effektiv radius) til 0,6 potens. Resultatet var godt for galaktiske masser mellem 300 millioner og 300 milliarder gange Solens masse. Gruppen hævder, at potensen 0,6, mindre end én, står for inklusion af mørkt stof i galaksen.

"At finde de strammeste og mest grundlæggende relationer hjælper os med at forbedre vores forståelse af, hvordan galakser fungerer, og det er afgørende for at forfine fremtidige simuleringer," sagde Sánchez-Menguiano. "Det er vigtigt nu at undersøge denne parameters rolle på andre processer, som en galakse gennemgår gennem dens levetid for at forbedre vores forståelse af den globale proces med galaksedannelse og -evolution."

Alligevel fandt undersøgelsen bevis på, at det baryoniske gravitationspotentiale alene ikke kan forudsige gasfasemetalliciteten, og andre sekundære parametre kunne spille en bemærkelsesværdig rolle i bestemmelsen af ​​den. En fremtidig undersøgelse er i gang for at undersøge disse sammenhænge yderligere.

Flere oplysninger: Laura Sánchez-Menguiano et al., Stjernernes masse er ikke den bedste forudsigelse for galaksens metallicitet, Astronomi &Astrofysik (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202346708

Journaloplysninger: Astronomi og astrofysik

© 2024 Science X Network