機械学習と物理モデルを用いた原始星円盤形成の観測的研究 -解析手法の開発と実践-

利用机器学习和物理模型进行原恒星盘形成的观测研究 - 分析方法的开发和实践 -

• 批准号: 21K13954
• 负责人: 大屋 瑶子
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyoto University (2022)The University of Tokyo (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13954/
• 关键词: 星形成; 機械学習; 深層学習; 星間物質; 星間化学; 電波天文学

本研究課題では、原始星に付随する円盤構造形成の観測研究に、機械学習および深層学習を導入して、観測データがもつ情報を最大限に抽出するための新しい解析手法を開発し、その実践と検証を行うことを目的とする。解析には、国際共同大型電波干渉計アルマ (ALMA) を使った観測データを使用する。教師あり機械学習の一種であるサポートベクターマシーン (Support Vector Machine; SVM) と、教師あり深層学習の一種である三次元畳み込みニューラルネットワーク (3-Dimensional Convolutional Neural Network; 3DCNN) を用いて、ガスの三次元の速度構造を判別するモデルを作成し、実際のALMA観測データに適用した。モデルの学習には、二種類の異なる円盤構造の物理モデルによって生成した擬似観測データを使用した。SVMと3DCNNのいずれを用いた場合でも、テスト用の擬似観測データに対して高い汎化性能を示した。学習済みのモデルを、若い低質量原始星連星IRAS 16293-2422 Source Aで観測された18本の分子輝線データに適用し、各分子輝線を、ケプラー回転する星周円盤のみを捉える輝線と、回転・落下する周連星系構造を主に捉える輝線の二種に分類することに成功した。切り分けられたガス構造の比角運動量を定量的に評価し、アウトフロー構造の比角運動量と比較することで、円盤形成領域での角運動量輸送に観測的に取り組む手法を開拓した。この成果について、国内外の学会で発表するとともに、学術論文として報告した。さらに、この解析手法を、大質量原始星天体の円盤構造および活動銀河核を取り巻くトーラス構造に応用するため、各分野の観測研究を専門とする研究者との議論を開始した。

在这个研究项目中，我们将把机器学习和深度学习引入到与原恒星相关的盘结构形成的观测研究中，开发一种新的分析方法，从观测数据中提取最大量的信息，并将其付诸实践的目的。就是为了验证这一点。该分析使用国际大型射电干涉仪ALMA（ALMA）的观测数据。使用支持向量机（SVM）（一种监督机器学习）和三维卷积神经网络（3DCNN）（一种监督深度学习），我们创建了一个模型来确定原始速度结构并将其应用于实际的 ALMA 观测数据。为了训练模型，我们使用了由两种不同的磁盘结构物理模型生成的伪观测数据。无论使用SVM还是3D CNN，用于测试的伪观测数据都表现出了较高的泛化性能。将训练好的模型应用于从年轻低质量原恒星双星 IRAS 16293-2422 Source A 观测到的 18 条分子发射线数据，将每条分子发射线划分为仅捕获开普勒旋转星周盘的发射线。将发射线分为两类，主要捕捉旋转和落下的环绕双星系统的结构。通过定量评估孤立气体结构的比角动量并将其与流出结构的比角动量进行比较，我们开发了一种观测解决圆盘形成区域中角动量输运的方法。研究结果在国内和国际会议上发表并以学术论文的形式报告。此外，为了将这种分析方法应用于大质量原恒星体的盘结构和围绕活动星系核的环面结构，我们已经开始与各个领域专门从事观测研究的研究人员进行讨论。

项目成果

ALMA Large Project FAUST (Fifty AU STudy of the chemistry in the disk/envelope system of Solar-like protostars)

ALMA 大型项目 FAUST（五十个天文单位研究类太阳原恒星盘/包膜系统中的化学成分）

• 发表时间: 2023
• 作者: 大屋瑶子;Cecilia Ceccarelli;Claudio Codella;Claire J. Chandler;坂井南美;山本智;FAUST team members
• 通讯作者: FAUST team members

SOLIS: XVI. Mass ejection and time variability in protostellar outflows: Cep E

索利斯：十六。

• DOI: 10.1051/0004-6361/202142931
• 发表时间: 2022
• 期刊: Astronomy & Astrophysics
• 影响因子: 6.5
• 作者: de A. Schutzer, A.;Rivera-Ortiz, P. R.;Lefloch, B.;Gusdorf, A.;Favre, C.;Segura-Cox, D.;López-Sepulcre, A.;Neri, R.;Ospina-Zamudio, J.;De Simone, M.
• 通讯作者: De Simone, M.

Chemical Diagnostics for Tracing the Physical Structures in Disk-Forming Regions of Young Low-Mass Protostellar Sources

用于追踪年轻低质量原恒星源盘形成区域物理结构的化学诊断

• 发表时间: 2023
• 作者: Okoda Yuki;Oya Yoko;Abe Shotaro;Komaki Ayano;Watanabe Yoshimasa;Yamamoto Satoshi;Yoko Oya
• 通讯作者: Yoko Oya

若い太陽型原始星の原始星円盤形成領域における化学組成分布と物理構造の関係

年轻太阳型原恒星原星盘形成区化学成分分布与物理结构的关系

• 发表时间: 2023
• 作者: 大屋瑶子;Cecilia Ceccarelli;Claudio Codella;Claire J. Chandler;坂井南美;山本智;FAUST team members;大屋瑶子
• 通讯作者: 大屋瑶子

Exploring the 100 au Scale Structure of the Protobinary System NGC 2264 CMM3 with ALMA

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac0ef6
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Yoshiki Shibayama;Yoshimasa Watanabe;Y. Oya;N. Sakai;A. López-Sepulcre;Sheng-Yuan Liu;Yu-Nung Su;Yichen Zhang;T. Sakai;T. Hirota;S. Yamamoto