生活了數十億年，找出一顆星星的年齡并不是一件簡(jiǎn)單的事。幸運的是，盡管出現了地震般的脈動(dòng)，但像太陽(yáng)一樣的恒星會(huì )振動(dòng)，在它們發(fā)出的光線(xiàn)中產(chǎn)生波動(dòng)，并留下線(xiàn)索，告訴它們在生命過(guò)程中如何進(jìn)化。但是使用這些振蕩來(lái)確定恒星的屬性到目前為止是一項非常困難和耗時(shí)的任務(wù)，需要數萬(wàn)個(gè)超級計算時(shí)間來(lái)研究一顆恒星。
位于哥廷根馬克斯普朗克太陽(yáng)系研究所(MPS)的Earl Bellinger領(lǐng)導的跨學(xué)科計算機科學(xué)家和天體物理學(xué)家團隊現已大大改進(jìn)了這一過(guò)程。他們的研究發(fā)表在本周的“天體物理學(xué)雜志”上，該研究呼吁機器學(xué)習技術(shù)有助于將恒星及其系外行星的特征提高一百萬(wàn)倍。他們開(kāi)發(fā)的人工智能能夠發(fā)現只需幾秒鐘即可將星光中的脈動(dòng)模式與恒星屬性(如年齡，質(zhì)量和半徑)聯(lián)系起來(lái)的公式。他們的工作將有助于確定哪些行星系統足夠老化以潛在地生活，并幫助研究人員了解銀河系隨著(zhù)時(shí)間的推移如何演變。
正如那句老話(huà)所說(shuō)的那樣 - 燃燒兩倍光明的火焰壽命只有一半。夜空中的星星也是如此。較大和較亮的恒星比較小和更暗的恒星壽命更短，更大質(zhì)量的恒星迅速燃燒其核燃料，以產(chǎn)生足夠的壓力來(lái)抵抗其強大的內向引力。恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)的數百倍，可能只有幾十萬(wàn)年的壽命，而太陽(yáng)質(zhì)量的一半預計會(huì )持續燃燒的時(shí)間超過(guò)現在的宇宙年齡。
恒星出現的亮度并沒(méi)有太大限制它可能有多大的可能性。如果沒(méi)有凝視恒星的內部并測量剩余多少核燃料，就很難弄清楚恒星的年齡。但是由于星際研究領(lǐng)域 - 對恒星脈動(dòng)的研究 - 以及美國宇航局開(kāi)普勒太空船等專(zhuān)門(mén)的太空任務(wù)，現在可以做到這一點(diǎn)。不僅基于恒星的亮度，而且基于恒星振動(dòng)引起的恒星亮度的周期性變化，星震學(xué)允許天文學(xué)家實(shí)際查看恒星內部并提取所需信息以確定它們的年齡。
“星體的結構和演化的物理特性決定了特定年齡和質(zhì)量的恒星將以特定的模式產(chǎn)生脈動(dòng)，”主要作者Earl Bellinger博士說(shuō)。馬克斯普朗克太陽(yáng)系研究所和耶魯大學(xué)天文學(xué)系的Stellar Ages和Galactic Evolution(SAGE)研究小組的學(xué)生。“研究這些脈動(dòng)因此可以推斷出恒星的'地震年齡'。”
雖然已經(jīng)存在進(jìn)行地震老化的方法，但它們可能很慢。通常，為了確定恒星的年齡，天體物理學(xué)家計算出與給定觀(guān)察結果最佳匹配的數學(xué)模型。然后將模型中計算的年齡歸因于恒星?？赡艿钠ヅ淇梢酝ㄟ^(guò)搜索數百萬(wàn)個(gè)預先計算的恒星模型 - 其復雜程度有限 - 或者通過(guò)改進(jìn)更復雜的模型來(lái)找到，每個(gè)恒星可能需要數萬(wàn)個(gè)超級計算小時(shí)。
貝林格和他的團隊正在尋求人工智能(AI)的幫助來(lái)解決問(wèn)題，而不是尋找適合觀(guān)察的模型。他們使用一種稱(chēng)為隨機森林回歸的機器學(xué)習方法，訓練計算機學(xué)習我們可以觀(guān)察到的脈動(dòng)與產(chǎn)生這些脈動(dòng)的恒星之間的直接關(guān)系。這些關(guān)系對于一個(gè)人來(lái)說(shuō)太復雜而無(wú)法手工推出，使得恒星能夠在幾秒鐘內完成特征化，這使得研究人員能夠在模型中包含比以前的方法更復雜的物理學(xué)。
該團隊已經(jīng)將他們的方法應用于幾個(gè)測試案例，其中包括34個(gè)研究良好的恒星，這些恒星已知可以容納系外行星。到目前為止，機器已經(jīng)通過(guò)了每次測試。“結果與天文測年的其他方法非常吻合，例如用于測量太陽(yáng)年齡的放射性測年，”Bellinger說(shuō)，“它的工作非?？?，所以它可以用于很多星星。我們正在迅速發(fā)展為下一代銀河系調查描述整個(gè)恒星目錄的能力。“
將來(lái)會(huì )有更多人工智能輔助恒星約會(huì )。該方法目前僅適用于主序星，即那些在核心中燃燒氫的恒星。“這種方法看起來(lái)非常強大和強大。我們期待看到我們如何應用它來(lái)了解其他類(lèi)型的恒星，“貝林格說(shuō)。“這將使我們能夠在整個(gè)銀河系中對恒星進(jìn)行約會(huì )，這最終將使我們了解銀河系本身是如何發(fā)展的。