ディープラーニングソフトウェアが、天の川銀河の外で誕生したと思われる250個の恒星群を特定した。これは、今週Nature Astronomy誌に掲載された研究論文によるものだ。
論文（プレプリント）の第一著者であり、カリフォルニア工科大学の理論物理学の博士研究員であるリナ・ネシブ氏は、総称して「ニクス」として知られるこれらの奇妙な天体は、「太陽の近くにある広大な恒星の流れ」と表現した。
しかし、私たちの恒星とは異なり、これらの太陽は実際には天の川銀河に属しているようには見えません。
ニクス集団は近くの恒星とは異なる方法で銀河内を移動しており、このグループ内のいくつかの恒星は類似した化学組成を持っている。これは、天の川銀河が過去に矮小銀河と融合した際にこれらの恒星を受け継いだことを示唆している。
カリフォルニア工科大学の研究チームは、ESAのガイア宇宙船が観測した星をニューラルネットワークに通すことで、ニクスを発見しました。具体的には、ある星の運動学からその星が銀河系外起源かどうかを予測するように訓練されたモデルを使用しました。このニューラルネットワークは、FIRE（Feedback in Realistic Environments）プロジェクトによるシミュレーションから得られた合成データを用いて学習されました。そのため、ニューラルネットワークに実際の星を見せると、その動きから、それらが天の川銀河の外から来たかどうかを予測することができました。
チームは、最終的に得られるAIシステムが現実に根ざし、シミュレーターで何が起こるかを予測するのではなく、天の川銀河の実際の仕組みを反映したものであることを念頭に置いていました。これは、転移学習を用いて実際の星をトレーニングプロセスに組み込むことで実現しました。
訓練された機械が実際の物理ではなくシミュレーションを学習するのではないかと懸念している
「LHCでは素晴らしいシミュレーションを行っていますが、それらで訓練された機械がシミュレーションを学習し、現実の物理現象を学習しないのではないかと懸念しています」と、論文の共著者であり、ハーバード大学のポスドク研究員で、以前は大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で働いていたブライアン・オストディーク氏は述べています。「同様に、FIRE銀河はモデルの訓練に素晴らしい環境を提供しますが、天の川銀河ではありません。シミュレーションで興味深い星を特定するのに役立つ方法だけでなく、それを現実の銀河に一般化する方法も学ぶ必要がありました。」
研究者たちは、訓練データ中の恒星に、その銀河系で誕生したのか、それとも銀河合体によってそこに集積したのかを示すラベルを割り当てた。ニューラルネットワークを訓練した後、研究者たちはガイア探査機から取得した実際のデータを入力することで、観測された恒星が天の川銀河にとって異質なものかどうかを調べた。
「私たちはニューラルネットワークに、『学習した内容に基づいて、星が集積されたかどうかを分類できますか？』と尋ねました」とネシブ氏は語った。
ニューラルネットワークは、与えられた星それぞれについて、その星が銀河系の仮想モデル内で形成された可能性と、その外で形成された可能性をそれぞれ示す0から1までの数値を生成する。予測モデルの精度を検証するため、約60億年から100億年前の別の銀河合体から生じたことが知られている別の星群をモデルが特定できるかどうかを確認した。この合体から生まれた異星は、科学者たちが「ガイアソーセージ」と呼ぶものを形成する。
実際、彼らのモデルはガイアの星の集合体、そしてこれまで知られていなかったグループを浮き彫りにしました。
最初に思い浮かぶのは、バグがあるということ
「最初の直感は、バグだということです」とネシブは言った。「そして『ああ、大変！』と思いました。だから3週間、協力者にはこのことを伝えませんでした。でも、そのうち、これはバグではなく、実際に存在し、新しいものだと気づき始めました」。彼女はグループをNyxと名付けた。
「ニクスは存在します。それには疑いの余地はありません」と彼女はThe Register紙に語った。「これらの星の起源を確認するためのデータはまだ収集中なので、その解釈についてはまだ議論の余地がありますが、機械学習アルゴリズムのおかげで、これらが興味深い星であると特定することができました。」
「その後、私たちはそれらの運動学を研究しました。そして確かにそれらは[天の川銀河の]円盤のものと異なっていました。それらは非常に偏心した軌道を持ち、円盤から毎秒約90キロメートル遅れています。これは衝突後であっても、円盤上の星としては非常に珍しいことです。」
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天体物理学者たちは、これらの星が間違いなく銀河系の外で形成され、矮小銀河の合体の結果であると断言するのをためらっていたが、そうであると推測するのに十分な証拠があると考えている。
モデルが間違っている可能性はありますが、低いでしょう、とオストディーク氏はThe Register紙に語った。「ニクス内のどの星についても、ネットワークが間違っている可能性はあります。しかし、一緒に動いているように見える星は何百個もあり、それらはすべてネットワークによって選択されています。ネットワーク自体は個々の星を識別するだけで、流れ全体を識別するわけではありません。ネットワークが興味深いと判断する星はそこに存在し、一緒に動いているのです。」
ネシブ氏は、天の川銀河が過去に謎の矮小銀河と衝突したかどうかを確認するには、他のデータ源を研究する必要があると述べた。「さらに、ニクス星の化学組成を評価するために、高解像度の分光法が必要です。これらの組成は、矮小銀河と円盤星で異なると予想されます。」®
