Galaktická astrofyzika

Galaktická skupina na FMFI UK sa spolu s partnerskými inštitúciami na Slovensku a v zahraničí (TUKE Košice, UCL, IAC, ...) venuje výskumu Mliečnej cesty a iných galaxií s využitím dát z prehliadkových misií Gaia, SDSS a Euclid, ako aj teoretickému výskumu. Naším cieľom je lepšie pochopiť štruktúru a dynamiku našej galaxie a vyvíjať nástroje na identifikáciu galaxií v rozsiahlych astronomických dátach.

Skúmame štruktúru vonkajšieho galaktického disku analyzovaním dát z misie Európskej vesmírnej agentúry Gaia až do vzdialenosti 20 a viac kpc od centra Galaxie. Skúmame skrútenie (warp) disku s asymetrickým S-tvarom ako zhrubnutie disku vo vzdialených oblastiach Galaxie (flare). Z dát z Gaia EDR3 sme zistili, že nadobry (mladé hviezdy) majú asymetrické skrútenie, ktoré je takmer dvakrát väčšie ako u celej populácie hviezd v našej Galaxii. Celá populácia disku má tiež významný flare, pozorovaný najmä v hrubom disku. V rámci našej skupiny sa snažíme odhaliť, aké dynamické javy vedú k vzniku týchto výrazných štruktúr vo vzdialených oblastiach Galaxie.

 

Vizualizácia galaktického skrútenia (warpu)

Okrem pozorovaní skúmame Mliečnu cestu aj numerickými simuláciami. Galaktický disk je veľmi dynamickým prostredím, ktoré sa v čase výrazne mení. Hviezdy sa pod vplyvom rôznych efektov radiálne presúvajú. Tým sa výrazne mení chemické zloženie rôznych oblastí Galaxie. V rámci nášho výskumu porovnávame radiálnu migráciu hviezd v Galaxii uvážením štandardného prístupu temnej hmoty (DM) ako aj alternatívneho popisu gravitácie pomocou modifikovanej newtonovskej dynamiky (MOND). Zisťujeme, že radiálna migrácia je výraznejšia v režime MOND. Najvýraznejšími dynamickými efektami, ktoré ovplyvňujú radiálnu migráciu sú korotáčné rezonancie so špirálovými ramenami a vonkajšia Lindbladova rezonancia. Simulácie ukazujú, že v MOND dochádza k výrazne väčšej migrácii hviezd v rámci našej Galaxie v porovnaní so štandardnou gravitáciou a tmavou hmotou. Porovnanie našich výsledkov s nadchádzajúcimi veľmi presnými pozorovaniami Mliečnej cesty nás môže v blízkej budúcnosti priblížiť k rozlúsknutiu dlhodobého sporu štandardnej teórie tmavej hmoty s alternatívnym prístupom ku gravitácii MOND.

 

Dáta misie Gaia: vľavo hore - radiálne rýchlosti, vľavo dole - vektor rýchlosti, vpravo hore - medzihviezdny prach, vpravo dole - chemické zloženie

Okrem Mliečnej cesty naša skupina upriamuje pozornosť aj na vzdialené galaxie. Vyvíjame algoritmus hlbokého učenia na detekciu a segmentáciu galaxií natočených k pozorovateľovi z boku (edge-on). Na detekciu používame algoritmus YOLOv5 a na segmentáciu neurónovú sieť SCSS-Net. Využitie nášho algoritmu na nadchádzajúcich prehliadkových misiách nám umožní skúmať galaktickú štruktúru na doposiaľ nepredstaviteľnom počte galaxií.

 

AI detegované edge-on galaxie s príslušnou hodnotou konfidencie.

Naše zistenia prispievajú k hlbšiemu pochopeniu štruktúry a dynamiky Mliečnej cesty a poskytujú nástroje na ďalší výskum.

Pri riešení galaktických problémov sme boli podporení viacerými projektami: Financované EÚ NextGenerationEU prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti SR v rámci projektu č. 09I03-03-V04, VEGA 1/0761/21, Erasmus+ 2020-1-CZ01-KA203-078200, Erasmus + 2017-1-CZ01-KA203-035562, VEGA 1/0596/18