Ученые создали крупнейший каталог вспышек, происходящих на красных карликах — маленьких холодных звездах. Для этого авторы с помощью алгоритмов машинного обучения проанализировали данные об изменении блеска космических объектов из обзора имени Цвикки Паломарской обсерватории, расположенной в США. В результате астрономам удалось не только обнаружить 1229 уникальных вспышек, но и проследить, как меняется вспышечная активность красных карликов в зависимости от спектрального класса и удаленности звезды от плоскости Галактики. Полученные данные помогут лучше предсказывать активность звезд и оценивать, насколько условия на обращающихся вокруг них планетах благоприятны для возникновения жизни. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Красные карлики — самые многочисленные звезды в Галактике и ключевые объекты в поиске экзопланет: они часто имеют землеподобные планеты в зоне обитаемости. Температура красных карликов в 1,5–2 раза ниже, чем у Солнца, а радиус — в 2–10 раз меньше. Красные карлики обладают сильными магнитными полями — иногда в сотни раз больше солнечного. Именно связанные с изменением этих полей процессы приводят к вспышкам — мощным выбросам энергии длительностью от нескольких минут до нескольких часов.
Известно, что вспышки на Солнце, которое тоже относится к карликовым звездам, влияют на космическую погоду: нарушают работу спутников на земной орбите и приводят к радиопомехам. Поэтому, чтобы научиться предсказывать подобные события, надо знать их природу и частоту возникновения. Однако фиксировать такие быстротечные события сложно, поскольку специалистам приходится анализировать очень большие объемы данных, которые собирают телескопы.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) с коллегами из Университета Карнеги-Меллона (США) и Университета Клермон-Оверни (Франция) создали крупнейший каталог вспышек на красных карликах по данным, полученным с помощью наземных телескопов. Методами машинного обучения астрономы проанализировали 4,7 миллиарда объектов из обзора имени Цвикки Паломарской обсерватории США. Телескоп, с помощью которого проводится обзор, сканирует все доступное небо каждые два дня в поисках новых переменных объектов.
В первую очередь авторам нужно было выявить вспышки среди миллиардов объектов из всего массива данных. Задача усложнялась тем, что кроме физической переменности в данных было много ложных сигналов, связанных с пролетами искусственных спутников и дефектами на изображениях. Поскольку примеров вспышек для обучения алгоритма оказалось недостаточно, исследователи создали их искусственно. С этой целью астрономы взяли реальные сигналы вспышек, зафиксированные космическим телескопом TESS, и наложили их на данные о звездах в «спокойном» состоянии, собранные обзором имени Цвикки. Это позволило создать реалистичную обучающую выборку для тренировки алгоритма.
По используемым для обучения данным алгоритм вычислял признаки, которые передавались на вход классификатора, развернутого в облачной инфраструктуре Yandex Cloud. Обученный классификатор затем работал с целевой выборкой, на основании которой сформировал список потенциальных вспышек на красных карликах. Далее этот список прошел пост-фильтрацию: из него исключили астероиды, а также выполнили дополнительную классификацию на основе качества изображений и цвета. На заключительном этапе авторы проверили полученный список и сформировали финальный каталог вспышек — в него вошли 1229 вспышек на красных карликах за 2018–2020 годы.
Последующий анализ показал, что наиболее часто вспышки происходят на красных карликах спектрального класса M4, имеющих температуру около 3000°C. У более горячих звезд класса M0 (3800°C) вспышки наблюдались на порядки реже. Кроме того, вспышечная активность уменьшалась с удаленностью красного карлика от плоскости Млечного пути: чем дальше, тем возраст звезд больше, а магнитное поле звезды меньше.
