Горнило скопления: случайный лес узнаёт галактики-возвращенцы ✛
Галактика NGC 4254 удалена от центра скопления Девы на полтора миллиона световых лет. Она тащит за собой длинный шлейф остывающего водорода — признак того, что на полном ходу врезается в раскаленный газ. Потеря холодного топлива гасит рождение новых звезд. Однако по одному только хвосту не понять, первое ли это падение в раскаленную среду или галактика уже прошла ядро и возвращается.
Скопления галактик — настоящие горнила. В их центрах газ выметен, и звездообразование подавлено. На окраинах еще встречаются голубые спирали, но среди них прячутся «возвращенцы» — галактики, которые уже проскочили через ядро и были выброшены гравитацией обратно. Они выглядят как новички, хотя уже потеряли часть газа и темного гало. Смешение этих двух эволюционных путей искажает картину: без знания орбиты неясно, где именно окружение нанесло удар — в группе до падения или уже в недрах скопления.
Чтобы разделить новичков и возвращенцев, астрофизики обратились к машинному обучению. На 324 детальных гидродинамических симуляциях скоплений (проект The Three Hundred) обучили классификатор типа «случайный лес». Каждую виртуальную галактику описывали 14 наблюдаемыми параметрами: расстояние до центра, лучевая скорость (из спектроскопии), разница блеска ярчайших членов, направление движения по небу, расстояние до четвертого соседа. Модель не требует полного набора данных: усвоив закономерности, она достраивает лес решений под те признаки, что загрузил пользователь. Порог вероятности можно двигать, жертвуя чистотой или полнотой.
Обученный на полном комплекте признаков лес выдает общую точность 84%. Возвращенцев он находит с чистотой и полнотой около 75%, а новичков — 88%. Для сравнения: традиционные методы с жесткими границами в фазовом пространстве при чистоте 61% находили лишь 40% возвращенцев. Даже по трем базовым величинам — расстояние, лучевая скорость и разность блеска — модель достигает 74% точности. Добавление направления скорости на небе поднимает планку до 81%.
Особенно наглядно метод проявил себя на скоплении Девы. Десять галактик с разорванными водородными хвостами во внешней короне, для которых удалось измерить направления движения, классифицированы как новички. Значит, раскаленный газ скопления сдирает холодный газ практически сразу при входе, и после одного прохода через горнило от него почти ничего не остается.
Инструмент меняет подход к изучению эволюции галактик. Больше не нужно гадать, что именно потушило звездообразование на окраине — предварительная обработка в группе или ожог в ядре. Чистые выборки позволят восстановить последовательность превращения спиралей в линзы. И значит, NGC 4254 и её соседки — не обожженные скитальцы, а дебютанты, чье первое свидание с горнилом только начинается.
Вопреки ожиданиям, 91% галактик-возвращенцев в симуляциях прошли сквозь самый центр скопления — внутри 0.7 R200 — прежде чем отскочить обратно. Далеко не все из них успевают улететь: лишь 10% «доплескивают» дальше 2 R200.