هٰذا هُوَ المُلَخَّص بِاللُغَةِ العَرَبِيَّةِ. يَتَناوَل المَقالِ دِراسَةٌ تَفْصِيلِيَّةً حَوْلَ (alidib) وَتَأْثِيراتها المُخْتَلِفَةِ عَلَى النَظْمِ البِيئِيَّةِ. تَمَّ اِسْتِخْدامِ عِدَّةٍ نَماذِجَ رِياضِيَّةٍ لِتَحْلِيلِ البَياناتِ الَّتِي تَمَّ جَمَعَها مِن مُخْتَلِفِ المَصادِرُ. النَتائِجِ المُسْتَخْلَصَة تُظْهِر أَنَّ هُناكَ تَأْثِيراً مَلْحُوظاً وَمُهِمّاً لِلظاهِرَة المَدْرُوسَة.
فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ، نَسْتَعْرِض تَأْثِيراتِ (hayward) عَلَى التَغَيُّراتِ المُناخِيَّةُ. تَمَّ تَحْلِيلِ البَياناتِ بِاِسْتِخْدامِ نَظَرِيَّةَ الفَوْضَى وَالنَظْم الدِينامِيكِيَّة لِفَهْمِ التَفاعُلات المُعَقَّدَةِ بَيِّنَ مُخْتَلِفِ العَوامِلُ البِيئِيَّةِ.
النَظَرِيَّةِ المُسْتَخْدَمَةِ فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ تَعْتَمِد عَلَى مَبادِئَ الديناميكا الحَرارِيَّةِ وَمِيكانِيكا الكَمِّ، حَيْثُ تَمَّ تَطْبِيقِ مُعادَلات Einstein لِلنِسْبِيَّة العامَّةِ لِتَحْلِيلِ الظَواهِرِ الفِيزيائِيَّة المُرْتَبِطَةِ بِالدِراسَةِ.
تَمَّ جَمْعِ البَياناتِ مِن خِلالَ عِدَّةٍ تَجارِبِ مَيْدانِيَّةٍ وَمَخْبَرَيْهِ. اُسْتُخْدِمَت تَقْنِيّاتِ مُتَقَدِّمَةٍ لَقِياس وَتَحْلِيلٌ العَيْنات البِيئِيَّةِ وَالفِيزيائِيَّة.
أَظْهَرَت النَتائِجِ أَنَّ هُناكَ تَأْثِيراً كَبِيراً لِلعَوامِل المَدْرُوسَة عَلَى البِيئَةِ. تَمَّ تَقْدِيمِ البَياناتِ فِي شَكْلٍ جَداوِلِ وَرُسُومٍ بَيانَيْهِ لِتَسْهِيلِ فَهُم النَتائِجِ.
تُناقِش هٰذِهِ الفَقْرَةِ التَأْثِيراتِ طَوِيلَةٍ المَدَى لِلظَواهِر المَدْرُوسَة وَتَقْتَرِح بِعَضِّ الحُلُولِ لِلتَخْفِيفِ مِن الآثارِ السَلْبِيَّةِ.
تُخْتَتَم الدِراسَةُ بِتَلْخِيص النَتائِجِ الرَئِيسِيَّةِ وَتَقْدِيمِ تَوْصِياتٍ لِلدِراساتِ المُسْتَقْبَلِيَّةِ فِي هٰذا المَجالِ.
نُقَدِّم فَهَرَسا لِلمُعَلِّمات الجَوِّيَّةِ لِ 1,806,921 قَزَم بارِدٍ مِن Gaia DR3 الَّذِينَ يَقَعُونَ ضِمْنَ النِطاقِ الَّذِي تَغْطِيَة المُعَلِّماتُ الطَيْفِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ فِي LAMOST: 3200 كَلَّفْنَ \(<T_{eff}<\) 4300 كَلَّفْنَ، -0.8 \(< [M/H] <\) 0.2 ديكس، وَ 4.5 \(<log \emph{g} <\) 5.5 ديكس. تَمَّ اِسْتِنْباط قِيَمنا بِناءَ عَلَى نَماذِجَ التَعَلُّمِ الآلِيِّ المُدَرِّبَة بِاِسْتِخْدامِ الضوئيات مُتَعَدِّدَةِ الأَطْياف المُصَحِّحَة لِلغُبار. تَتَأَلَّف البَياناتِ الضَوْئِيَّةِ مِن الأَطْياف البَصَرِيَّةِ مِن أَشْرِطَةِ SDSS r، i، z، وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ القَرِيبَةِ مِن 2MASS J، H، K وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ المُتَوَسِّطَةِ مِن ALLWISE W1، W2. اُسْتُخْدِمْنا كُلّاً مِن نَماذِجَ التَعَلُّمِ الآلِيِّ لِلغابَة العَشْوائِيَّةِ وَ LightGBM وَوَجَدْنا نَتائِجِ مُماثِلَةٍ مِن كُلاهما مَعَ تَشَتَّتَ خَطَأ 68 كَلَّفْنَ، 0.22 ديكس، وَ 0.05 ديكس لِ \(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log \(\emph{g}\)، عَلَى التَوالِي. أَظْهَرَ تَقْيِيمِ أَهَمِّيَّةً المِيزاتِ النِسْبِيَّةِ لَأَلْوان الضوئيات المُخْتَلِفَةِ أَنَّ W1 – W2 هِيَ الأَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لِكُلِّ مِن \(T_{eff}\) وَ log g، مَعَ J – H الأَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لِ [M/H]. وَجَدْنا أَنَّ قِيَمنا تُظْهِر تَوافُقاً جَيِّداً مَعَ APOGEE، وَلٰكِنَّها تَخْتَلِف بِشَكْلٍ كَبِيرٍ عَن تِلْكَ المُقَدَّمَةِ كَجُزْء مِن Gaia DR3.
الأَقْزام البارِدَةِ ذاتِ الكُتْلَةِ وَالسُطُوع المُنْخَفَض تُشَكِّل أَكْثَرَ مِن 70% مِن الأَجْسام فِي المجره. تَحْدِيدِ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ لَها ضَرُورِيٌّ لِاِسْتِكْشافِ تَكْوِينِ النُجُومِ وَتَرْكِيبِها وَتارِيخَ تَطَوُّرِ المجره (مَثَلاً، (2007AJ....134.2418B)). وَمَعَ ذٰلِكَ، فَإِنَّ تَقْدِيرٍ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِلأَقْزام البارِدَةِ صَعْبٌ بِسَبَبِ تَعْقِيدِ الغِلافِ الجَوِّيِّ بِالإِضافَةِ إِلَى الخَلْط الحملي. مَعَ التَحْسِيناتِ المُسْتَمِرَّةِ فِي نمذجه الغِلافِ الجَوِّيِّ لِلنُجُوم ذاتِ الكُتْلَةِ المُنْخَفِضَة وَالتَقَدُّمِ فِي عَدَدٍ المُلاحَظاتِ المجراه وَتَنَوُّعٍ الأَدَوات المُسْتَخْدَمَةِ، تَمَّ إِجْراءِ قِياسُ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِلنُجُوم البارِدَةِ بِدِقَّةٍ مُتَزايِدَةٍ.
اُسْتُخْدِمَت المُلاحَظاتِ مِثْلَ (1996MNRAS.280...77J) طَيْفِ PHOENIX الاِصْطِناعِيِّ لَاِسْتِنْتاج خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِبَعْضِ الأَقْزام مِن نَوْعٍ M مِن خِلالَ مُقارَنَتها بِالطَيْف المَلْحُوظِ. حَصَلَ (2008MNRAS.389..585C) عَلَى دَرَجاتٍ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ (\(T_{eff}\)) وَالسُطُوع البولومتري لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M اِسْتِناداً إِلَى العَلاقَةِ التَجْرِيبِيَّة بَيِّنَ نِسْبَةَ الفلوكس فِي الانطقه المُخْتَلِفَةِ وَكَلّا مِن \(T_{eff}\) وَالمَعْدِنِيَّة. قَدْرَ (2021RAA....21..202D) خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِلنُجُوم مِن نَوْعٍ M بِاِسْتِخْدامِ خَطِّ أَنابِيبِ LASPM المُحْدَثِ مِن الطَيْف ذُو الدِقَّةِ المُنْخَفِضَة، بَيْنَما طَبَّقَ (2022ApJS..260...45D) حَزْمه ULySS مَعَ نَماذِجَ طَيْفِ MILES لَتَقْدِير خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، نَشْرِ (2021ApJS..253...45L) كَتالُوج خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ لَأَقْزام LAMOST مِن نَوْعٍ M بِاِسْتِخْدامِ خوارزميه التَعَلُّمِ الآلِيِّ SLAM (2020ApJS..246....9Z).
كَما تَمَّ اِسْتِخْدامِ الطَيْف القَرِيبِ مِن الأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ المُتاحِ بِشَكْلٍ مُتَزايِدٍ لِتَحْدِيدِ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ الدَقِيقَةِ لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M (مَثَلاً،(2010ApJ...720L.113R, 2022MNRAS.511.1893C, 2022arXiv220205858H)). قامَ (2012ApJ...748...93R) بِمَعايِره مُؤَشِّرُ H\(_2\)O - K2 لَطِيف النِطاقِ K لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M وَقَدَّرَ \(T_{eff}\) وَ [M/H] لِهٰذِهِ الأَجْسام اِسْتِناداً إِلَى مُؤَشِّراتٌ NaI، CaI، وَ H\(_2\)O - K2.
تَمَّ إِطْلاقِ قَمَرَ صِناعِيٌّ Gaia مِن قِبَلَ وِكالَةُ الفَضاءِ الأُورُوبِّيَّةِ، بِهَدَفِ تَوْفِيرِ خَرائِطِ ثُلاثِيَّةٌ الأَبْعاد دَقِيقَةً وَحَرَكاتُ الفَضاءِ لِحَوالَى مِلْيارِ نَجْم فِي مجرتنا (2016A&A...595A...1G,2016AA...595A...2G, 2018A&A...616A...5C). فِي عامَ 2022، نُشِرَت Gaia Data Release 3 (DR3) مُنْتَجاتٍ بَياناتٍ كامِلَةٍ (2022arXiv220800211G)، وَالَّتِي تَشْمَل القِياس الضَوْئِيّ فِي G، G\(_{BP}\)، G\(_{RP}\)، الأَجْسام بِأَنْواع مُخْتَلِفَةٍ، طَيْفِ الدِقَّةِ المُنْخَفِضَة (BP/RP) وَطَيْف مِقْياسِ السُرْعَةِ الشُعاعِيَّة (RVS) عالِي الدِقَّةِ. بِاِسْتِخْدامِ طَيْفِ BP/RP، تَمَّ قِياسُ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِ 470,759,263 مَصْدَراً ضِمْنَ \(G < 19\) mag (2023A&A...674A..27A)، بَيْنَما بِطَيْف RVS، تَمَّ قِياسُ خَصائِصِ الغِلافِ الجَوِّيِّ لِ 5,591,594 جِسْما، مُعْظَمُها مِن النُجُومِ AFGK (2023A&A...674A..29R).
نَسْتَخْدِم الفوتومتريه البَصَرِيَّةِ وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ جَنْباً إِلَى جَنْبٍ مَعَ الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة المُشْتَقَّة مِن طيفيات LAMOST لَاِسْتِنْتاج الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ. تَمَّ اِسْتِخْدامِ خوارزميتين مُخْتَلِفَتَيْنِ لِلتَعَلُّمِ الآلِيِّ لِتَدْرِيبِ النَماذِجِ عَلَى الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِضَمانِ الاِتِّساق وَالأَداء عِنْدَ الاِخْتِبارُ وَاِشْتِقاق الخَصائِص. يُنَظِّم البَحْثِ كَما يَلِي. القِسْمِ [sec:data] يُقَدِّم وَصَفا مُفَصَّلاً لِعَيِّنَةٍ الأَقْزام البارِدَةِ، مسوحات الفوتومتريه، وَعَمَلِيّاتِ البَياناتِ لِعَيِّنَةٍ التَدْرِيبِ. القِسْمِ [sec:model] يَصِف خوارزميات التَعَلُّمِ الآلِيِّ، بِناءَ نَمُوذَجَ الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة، وَتَحْلِيلٌ أَهَمِّيَّةً المِيزاتِ. القِسْمِ [sec:catalog] يُقَدِّم فَهَرَسَ الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ فِي Gaia DR3. وَأَخِيرا، يَتِمّ تَلْخِيصُ الأَعْمالِ الرَئِيسِيَّةِ فِي القِسْمِ [sec:summary].
فِي هٰذا القِسْمِ، نَخْتار الأَقْزام البارِدَةِ مِن Gaia DR3 لَتَقْدِير خَصائِصها الفَلَكِيَّة. تَمَّ اِسْتِخْدامِ التَصْوِيرِ الفُوتُوغرافِيِّ مُتَعَدِّدِ الأَطْياف كمدخلات لخوارزميات التَعَلُّمِ الآلِيِّ لَدَينا. تَمَّ اِخْتِيارِ عَيِّنَةً التَدْرِيبِ مِن أَقْزام LAMOST M الَّتِي كانَت تَمْتَلِك خَصائِصِ فَلَكِيّه دَقِيقَةً مِن عملين سابِقِينَ.
نَخْتار عَيِّنَةً مُناسَبَةِ مِن الأَقْزام البارِدَةِ مِن Gaia DR3 اِسْتِناداً إِلَى الخُطُوطِ السَوْداءِ المُتَقَطِّعَة فِي مُخَطَّطٍ اللَوْنِ-القُدْرَةِ كَما هُوَ مُوَضِّح فِي الشَكْلِ fig:gaia_hrd. يَسْتَنِد تَفْكِيرنا فِي ذٰلِكَ إِلَى إِيجادِ قطوع بَسِيطَةً لٰكِنَّ مُناسَبَةِ مُشار إِلَيها بِالمُحِيطات الرَمادِيَّةِ فِي عَيِّنَةً التَدْرِيبِ. لِرَسْمِ هٰذِهِ الخُطُوطِ السَوْداءِ المُتَقَطِّعَة، نَقُوم بِرَسْمِ عَيِّنَةً التَدْرِيبِ LAMOST المُقَدَّمَةِ فِي القِسْمِ sec:traing sample كَمُحِيطات رَمادِيَّةٌ. أَوَّلاً، قُمْنا بِإِجْراءِ تُناسِب خُطَى عَلَى عَيِّنَةً التَدْرِيبِ، مُشار إِلَيهِ بِالخَطِّ الأَزْرَق المُتَقَطِّع فِي الشَكْلِ fig:gaia_hrd. ثُمَّ تَمَّ تَحْرِيكِ هٰذا الخَطِّ الأَزْرَق المُتَقَطِّع لَأَعْلَى وَلِأَسْفَل بِمِقْدارِ قُدْرَةِ واحِدَةٍ لِإِنْشاءِ خَطَّيْنِ مُتَوازِيَيْنِ بِاللَوْن الأَسْوَدِ يُحِيطانِ بِعَيْنه التَدْرِيبِ. تَمَّ تَحْدِيدِ حُدُودِ القُدْرَةِ لِهٰذِهِ العَيِّنَةُ التَدْرِيبِيَّةِ بَيِّنَ M\(_{G}\)=7-11. تَمَّ اِخْتِيارِ هٰذِهِ الحُدُودِ اِسْتِناداً إِلَى مُلاحَظَةُ تُغَيِّر شَكْلٍ المُحِيطِ لِ M\(_{G}\) \(<\) 7 mag وَأَنَّ آخَرِ مُحِيطِ لِمَجْمُوعَةِ التَدْرِيبِ يَمْتَدّ قَلِيلاً فَقَط إِلَى ما بُعْدَ M\(_{G}\)=11. كَما هُوَ مُوَضِّح فِي كُلّاً اللَوْحَيْنِ مِن الشَكْلِ fig:gaia_hrd، فَإِنَّ المُرَبَّعِ المُكَوَّنِ مِن الخُطُوطِ السَوْداءِ المُتَقَطِّعَة هُوَ المِنْطَقَةِ المُخْتارَة. نُلاحِظ أَنَّ حِوالِي 0.1 مِلْيُونِ مَصْدَرٌ ب BP - RP > 2.9 mag يَقَع خارِجَ كَثافَةُ كَبِيرَةٍ مِن مَصادِرُ عَيِّنَةً التَدْرِيبِ. بِالنِسْبَةِ لِهٰذِهِ الأَجْسام، سَتَحْتَوَى APs الخاصَّةِ بِها عَلَى عَمُود إِضافِيٍّ مُسَمَّى ’flag’ لَتَحْذِير الآخَرِينَ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ هٰذِهِ APs.
اللَوْح السُفْلِيِّ مِن الشَكْلِ fig:gaia_hrd، يُظْهِر تَكْبِيراً لِ M\(_{G}\) بَيِّنَ 4 وَ 13 mag حَيْثُ الأَجْسام الخَضْراءِ والماجنتا هِيَ مَصادِرُ Gaia مَعَ APs مِن RVS (587 مَصادِرُ) وَطَيْف BP/RP (1,534,957 مَصادِرُ)، عَلَى التَوالِي. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، اُسْتُخْدِمْنا مَعايِيرِ أُخْرَى لِاِسْتِبْعادِ الضوئيات غَيْرِ المَوْثُوقَة وَاِسْتِبْعادِ النُجُومِ الثُنائِيَّةِ غَيْرِ المَحْلُولَة. تَتَضَمَّن هٰذِهِ المَعايِيرِ ما يَلِي:
Gmag/error\(\_\)Gmag > 20, BPmag/error\(\_\)BPmag > 20, وَ RPmag/error\(\_\)RPmag > 20;
خَطَأ الضَوْئِيَّةِ فِي كُلِّ نِطاقِ أَقَلَّ مِن 0.08 mag;
RUWE < 1.4;
parallax/error\(\_\)parallax > 5.
الأَساسِ لِلمِعْيار 1 هُوَ تَمْكِينِ الضَوْئِيَّةِ وَعُلِمَ الفَلَك الدَقِيقِ (2021ApJS..253...45L)، وَكَذٰلِكَ المَعايِيرِ 2 وَ 4 (2022MNRAS.510..433L) وَ 4. المِعْيار 3 هُوَ لِتَجَنُّبِ النُجُومِ الثُنائِيَّةِ الَّتِي مِن المُحْتَمَلِ أَنَّ تُوَفِّر ضَوْئَيْهِ ممزوجه (2023A&A...674A..39G)، وَالَّتِي سَيَتِمّ تَطْبِيقِها أَيْضاً عَلَى عَيِّنَةً التَدْرِيبِ.
وَبِذٰلِكَ نَجِد 1,806,921 مِن الأَقْزام البارِدَةِ مِن Gaia DR3 الَّتِي تَتَداخَل مَعَ مِساحَةِ المُعَلِّماتُ لِعَيِّنَةٍ التَدْرِيبِ LAMOST لَدَينا. مُقارَنَةً بِالبَياناتِ الطَيْفِيَّة، فَقَط نِسْبَةَ صَغِيرَةٌ مِن هٰذِهِ النُجُومِ لَدَيها APs بِالفِعْلِ مِن LAMOST. يَتِمّ عَرَضَ مُقارَنَةً التَداخُلَ بَيِّنَ الأَقْزام البارِدَةِ مِن Gaia وَعَيْنات LAMOST فِي الشَكْلِ fig:gaia_apo_lamo.
لِرَبْطِ خَصائِصِ الأَقْزام البارِدَةِ المُتَطابِقَة بَيِّنَ LAMOST وGaia مَعَ تِلْكَ الَّتِي لا تَمْتَلِك خَصائِصِ LAMOST، اِخْتَرْنا القِياسات الضَوْئِيَّةِ مُتَعَدِّدَةِ النطاقات مِن النِطاقِ البَصْرِيّ إِلَى النِطاقِ تَحْتَ الأَحْمَرِ كَبَيانات مَدْخَله. مَسْحٍ سَلَوْنَ الرَقَمِيَّ لِلسَماء (SDSS) هُوَ تِلِسْكُوب بِقُطْرِ 2.5 مِتْرٍ يَقَع فِي المِرْصَد الفَلَكِيِّ فِي اباتشي، نِيُو مَكْسِيكُو (2000AJ....120.1579Y). يُوجَد خَمْسَةِ نطاقات ضَيِّقَةٍ u، g، r، i، وz (مُرَكَّزَةً عَلَى 3551Å، 4686Å، 6166Å، 7480Å، وَ8932Å) تَمْتَدّ مِن النِطاقِ البَصْرِيّ إِلَى نِطاقِ تَحْتَ الأَحْمَرِ القَرِيبِ. وَمَعَ ذٰلِكَ، العَدِيدَ مِن الأَقْزام البارِدَةِ ضَعِيفَةٌ الإِضاءَة لِلظُهُورِ فِي النِطاقِ u وg، لُذّاً فَقَط النطاقات r، i وz يَتِمّ أَخْذِها بِعَيْنِ الاِعْتِبارِ. مَسْحٍ السَماءِ الكامِلِ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ بِواسِطَةِ الميكرونين (2MASS) هُوَ مَسْحٍ رَقَمِيٍّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ لِلسَماء بِأَكْمَلِها أَجْرَتْهُ جامِعَةِ ماساتشوستس وIPAC عِنْدَ 1.25، 1.65، وَ2.17 ميكرون (1969tmss.book.....N). يُمْكِن ل2MASS مَسْحٍ السَماءِ بِأَكْمَلِها بِشَكْلٍ مُوَحَّدٍ فِي ثَلاثَةِ نطاقات تَحْتَ الحَمْراءِ، J (1.25 ميكرون)، H (1.65 ميكرون)، وK (2.17 ميكرون). مَسْحٍ الأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ الواسِعِ النِطاقِ (WISE) هُوَ مَسْحٍ لِلسَماء بِأَكْمَلِها مِن 3 إِلَى 25 ميكرومتر يَهْدِف إِلَى تَوْفِيرِ مَخْزُونَ هائِلٌ مِن المَعْرِفَةِ حَوْلَ النِظامِ الشَمْسِيّ، مَجَره دَرْبِ التَبّانَة، وَالكَوْنِ (2010AJ....140.1868W). تَمَّ إِطْلاقه فِي 14 دِيسَمْبِر 2009 وَتَمَّ تَحْدِيثِ آخَرِ البَياناتِ فِي 21 مارِس 2013. يَحْتَوِي كَتالُوج مَصادِرُ WISE عَلَى خَصائِصِ 563,921,584 كائِن مَحْلُول وَنُقَطِي تَمَّ اِكْتِشافه فِي صُور شِدَّةٍ الأَطْلَس، مَعَ أَرْبَعَةِ نطاقات W1، W2، W3، وW4 (3.4، 4.6، 12، وَ22 \(\mu\) m). لِضَمانِ جُودَة القِياسات الضَوْئِيَّةِ، حَدَّدْنا خَطَأ كُلِّ نِطاقِ بِأَقَلِّ مِن 0.08 mag. كَما اِسْتَبْعَدَنا بِعَضِّ المَصادِرُ المُمْتَدَّةِ المُحْتَمَلَةِ بِواسِطَةِ عُلِمَ 2MASS gal\(\_\)contam وmp\(\_\)glag = 0، وَعُلِمَ ALLWISE ext\(\_\)flag = 0 (2022MNRAS.510..433L). حَصَلْنا عَلَى عَيِّنَةً نِهائِيَّةٍ مِن الأَقْزام البارِدَةِ Gaia تَضُمّ 1,806,921 كائِن بِمُطابَقَة هٰذِهِ القِياسات الضَوْئِيَّةِ مُتَعَدِّدَةِ النطاقات فِي TOPCAT بِنِصْفِ قَطَرِ 3”. لا نَشْمَل مَقادِيرِ G، BP، وRP كَجُزْء مِن مَجْمُوعَةِ التَدْرِيبِ مِن أَجْلِ تَوْفِيرِ حَلٍّ مُسْتَقِلٍّ. بِشَكْلٍ خاصٍّ، نَتَجَنَّب اِسْتِخْدامِ BP وRP لِأَنَّهُما قَد يَكُونانِ جُزْءاً مِن الاِخْتِلافِ المُقَدَّمُ فِي الجُزْء الأَوْسَطِ مِن الشَكْلِ [fig:gaia_kiel].
تَشْمَل مِيزاتِ البَياناتِ المُسْتَخْدَمَةِ لِهٰذا العَمَلِ القِياسات الضَوْئِيَّةِ فِي ثَمانِيَةِ نطاقات (r، i، z، J، H، K، W1، وW2). كَمِثال، طَيْفِ HD 213893 الَّذِي يُصَنِّف كَنَوْع M0 وَمَرْسُوم فِي الشَكْلِ [fig:spec_sample] مِن البَصْرِيّ إِلَى تَحْتَ الأَحْمَرِ. اللَوْحَةُ العَلَوِيَّة تَعَرَّضَ الطَيْف البَصْرِيّ مِن SDSS، مَعَ مُنْحَنَيات اِسْتِجابَةً النِظامِ النِسْبِيَّةِ (RSR) لَخَمَّسَهُ نطاقات مُقَدِّمَةِ مِن قِبَلَ SDSS1. تُظْهِر مِيزاتِ طَيْفِيّه بارِزَةٌ فِي النطاقات r، i، وz مِثْلَ خَطِّ Na D والنطاقات الجُزَيْئِيَّة (CaH، TiO، VO (2003AJ....125.1598L)). اللَوْحَةُ السُفْلِيَّة تَعَرَّضَ الطَيْف بِطُولِ مَوْجِي مِن 0.8 إِلَى 5.5 \(\mu\)m وَبِدِقَّة R \(\approx\) 2000، وَهُوَ مِن تِلِسْكُوب ناساً لِلأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ بِقُطْرِ 3.0 m (2003PASP..115..362R). تَعَرَّضَ خُطُوطِ RSR المُقابَلَةِ وِفْقاً لَمُقَدَّمه 2MASS2 وWISE3. يُمْكِن مُلاحَظَةُ أَنَّ كَثافَةُ الفلوكس عالِيَةٍ فِي النِطاقِ تَحْتَ الأَحْمَرِ. بِالنَظَرِ إِلَى الدِقَّةِ فِي نطاقات W1 وW2 مِن WISE (2013MNRAS.430.2188Y)، اِعْتَمَدْنا قِياسات W1 وW2 الضَوْئِيَّةِ، عَلَى الرَغْمِ مِن أَنَّ المِيزاتِ الطَيْفِيَّة أَضْعَفَ فِي النِطاقِ تَحْتَ الأَحْمَرِ البَعِيدِ. وَلِذٰلِكَ، تَمَّ اِسْتِخْدامِ القِياسات الضَوْئِيَّةِ فِي النطاقات r، i، z، J، H، K، W1، وW2 لِتَمْثِيلِ مِيزاتِ بَياناتنا.
تَتَكَوَّن طَرِيقَةِ خَرِيطَةِ الغُبارِ ثُلاثِيَّةٌ الأَبْعاد (Green2018)، مِن خَرائِطِ ثُنائِيَّةٍ الأَبْعاد (2014AA...571A..11P) وَخَرائِط ثُلاثِيَّةٌ الأَبْعاد (2018MNRAS.478..651G, Green_2015) الَّتِي تُطَبِّق لِتَصْحِيحِ الاِنْقِراض. بِالإِضافَةِ إِلَى مَوْقِعِ السَماءِ لِكُلِّ نُقْطَةً، يُعْتَبَر أَيْضاً الحُصُولِ عَلَى مَسافَةِ مَوْثُوقه ضَرُورِيّاً فِي طَرِيقَةِ خَرِيطَةِ الغُبارِ ثُلاثِيَّةٌ الأَبْعاد. هُنا، اُسْتُخْدِمْنا البارالاكس مِن Gaia لِحِسابِ المَسافَةِ، وَالَّتِي تُعْتَبَر مُفِيدَةٌ لِمَسافَةِ تَصِل إِلَى 4 kpc وَتَحْتَوَى عَلَى جَمِيعِ الأَجْسام لَدَينا. تَمَّ اِسْتِخْدامِ مُعامَلاتِ الاِنْقِراض فِي الانطقه المُخْتَلِفَةِ (2022MNRAS.510..433L, 2018MNRAS.475.5023C, 2018MNRAS.479L.102C, 2014ApJ...787..110C, 2013MNRAS.430.2188Y) لِلتَحْوِيلِ إِلَى الانطقه المُقابَلَةِ. عِلاوَةً عَلَى ذٰلِكَ، تَمَّ حِسابِ القُدْراتِ المُطْلَقَةِ فِي عِدَّةٍ أَنْطُقه أَيْضاً.
لِلحُصُولِ عَلَى تَسْمِيات الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ، اُسْتُخْدِمْنا الأَعْمالِ الحَدِيثَةِ لَتَقْدِير الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لَأَقْزام LAMOST مِن نَوْعٍ M، حَيْثُ قُمْنا بِمُطابَقَة كَتالُوجَيْنِ مِن (2021ApJS..253...45L) (المُشارِ إِلَيهِ فِيما بُعْدَ ب L21) وَ(2022ApJS..260...45D) (المُشارِ إِلَيهِ فِيما بُعْدَ ب D22). فِي كَتالُوج L21، يَتِمّ تَدْرِيبِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ \(T_{eff}\) وَالوَفْرَة المَعْدِنِيَّةِ [M/H] بِواسِطَةِ خَصائِصِ الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِ APOGEE. فِي الوَقْتِ نَفْسِهِ، تُظْهِر دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ \(T_{eff}\)، وَالوَفْرَة المَعْدِنِيَّةِ [M/H]، وَالجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ log g جَمِيعُها فِي كَتالُوج D22، وَالَّتِي تَمَّ تَدْرِيبها بِواسِطَةِ حَزْمه ULySS.
تَوْزِيعِ الجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ log g يُظْهِر تَشَتَّتا قَدَّرَهُ 0.16 dex وَاِنْحِيازا قَدَّرَهُ 0.01 dex. الجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ log g أَكْبَرَ مِن 4.5. يُظْهِر تَوْزِيعِ خَصائِصِ الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِعَيِّنَةٍ التَدْرِيبِ لَدَينا فِي اللَوْحاتِ السُفْلِيَّة. يَتَراوَح تَوْزِيعِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ \(T_{eff}\) مِن 3200 K إِلَى 4300 K مَعَ ذُرْوَةِ عِنْدَ 4000 K. الوَفْرَة المَعْدِنِيَّةِ [M/H] مُتَمَرْكِزَةً عِنْدَ -0.25 dex، تَتَراوَح مِن -1 dex إِلَى 0.5 dex. وَبِالتالِي نَجِد أَنَّهُ لا يُوجَد فِرَقِ كَبِيرٍ فِي القِيَمِ المُحَدَّدَةِ بِواسِطَةِ L21 وَ D22. نَظَراً لِأَنَّ قِيَمِ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ \(T_{eff}\) وَالوَفْرَة المَعْدِنِيَّةِ [M/H] فِي L21 مُرْتَبِطَةً مُباشَرَةً بِمِقْياسِ APOGEE، نَعْتَمِد هٰذِهِ القِيَمِ وَقِيَمِ الجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ log g مِن D22. مِن خِلالَ اِخْتِيارِ الإِشارَةُ إِلَى نِسْبَةَ الضَوْضاء فِي النِطاقِ i (SNRi) أَكْبَرَ مِن 20 وَقَصَّ 3\(\sigma\)، نَحْصُل عَلَى عَيِّنَةً مِن 94,904 أَجْسام LAMOST بِخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة. هٰذِهِ الخَصائِص هِيَ تَسْمِيات الناتِجِ لِلنَماذِج الَّتِي سَيَتِمّ تَدْرِيبها.
لَتَقْدِير الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ فِي Gaia، قُمْنا بِتَدْرِيبِ نَمُوذَجَيْنِ لِلتَعَلُّمِ الآلِيِّ (Random Forest وَ LightGBM) بِاِسْتِخْدامِ القِياس الضَوْئِيّ فِي ثَمانِيَةِ أَطْيافِ (r, i, z, J, H, K, W1, وَ W2) وَالخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لَأَقْزام LAMOST/APOGEE مِن نَوْعٍ M (\(T_{eff}\)، log \(\emph{g}\)، وَ [M/H]). تَمَّ تَحْلِيلِ مُساهَمَةً المِيزاتِ خِلالَ بِناءَ النَمُوذَجِ بِاِسْتِخْدامِ طَرِيقَةِ SHAP.
كَجُزْء مِن تَعْلَم الآلَةِ، يُدْمَج أُسْلُوبِ الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ (Random Forest) عِدَّةٍ أَشْجارِ قَرارِ لِتَحْدِيدِ نَتِيجَةَ التَصْوِيتِ النِهائِيِّ لِكُلِّ شَجَرَةَ (breiman1996bagging, breiman1996out). يَعْمَل بِكَفاءَة عَلَى قَواعِدَ البَياناتِ الكَبِيرَةِ وَيُمْكِنه التَعامُلِ مَعَ آلافِ المُتَغَيِّراتِ الدَخْلِ دُونِ حَذْفَ المُتَغَيِّراتِ. مَعَ تَطَوُّرِ تَعْلَم الآلَةِ، عَمِلَت الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ بِشَكْلٍ واسِعٍ فِي مَجالاتِ مُخْتَلِفَةٍ بِما فِي ذٰلِكَ عُلِمَ الفَلَك لِلنِقاط الفَلَكِيَّة. عَلَى سَبِيلِ المِثالِ، تَنَبَّآ (2019AJ....158...93B) بِدَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ لَبَيانات Gaia DR2 بِاِسْتِخْدامِ الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ، بِخَطَأ مُتَوَسِّطُ مُرَبَّعٍ يَبْلُغ 191 K.
فِي عائِلَةِ تَعْزِيزِ التَدَرُّج مِن نَماذِجَ تَعْلَم الآلَةِ، تَمَّ اِقْتِراحِ آلَةِ تَعْزِيزِ التَدَرُّج الخَفِيفِ (Light Gradient Boosting Machine) مِن قِبَلَ فَرِيقِ Microsoft DMTK بِأَداء يَتَجاوَز أَدَواتِ شَجَرَةَ القَرارِ الأُخْرَى (ke2017lightgbm). يَتِمّ تَطْبِيقِ خوارزميه الهستوغرام عَلَى LightGBM، وَالَّتِي تَشْغَل ذاكِرَةِ أَقَلَّ وَلَها تَكْلِفَةِ حِسابِيَّةً أَقَلَّ. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، تُسْتَخْدَم LightGBM إِسْتراتِيجِيَّةِ تَنْمِيَةِ الأَوْراقِ لِتَنْمِيَةِ الأَشْجارِ. سَيَتِمّ العُثُورِ عَلَى الأَوْراقِ ذاتِ الفائِدَةِ الأَكْبَرُ فِي الاِنْقِسامِ ثُمَّ تَقْسِيمُها وَتَكْرارِ العَمَلِيَّةِ. مُقارَنَةً بِالمُسْتَوَى، يُمْكِن لِلأَوْراقِ أَنَّ تُقَلِّل مِن الأَخْطاءِ بِشَكْلٍ أَكْبَرَ وَتُحَقِّق دِقَّةٍ أَفْضَلَ عِنْدَما يَكُون عَدَدٍ الاِنْقِساماتِ مُتَساوِيا. وَمَعَ ذٰلِكَ، قَد يَحْدُث التَخْصِيصِ الزائِد عِنْدَما يَكُون حَجْمِ البَياناتِ صَغِيراً. وَبِالتالِي، هُناكَ عِدَّةٍ مُعامَلاتِ فِي الخوارزميه لِتَجَنُّبِ التَخْصِيصِ الزائِد فِي عَمَلِيَّةِ التَدْرِيبِ بِما فِي ذٰلِكَ مُعَدَّلِ التَعَلُّمِ، العُمْقِ الأَقْصَى (العُمْقِ المُحَدَّدِ لِلشَجَرَة)، عَدَدٍ الأَوْراقِ (عَدَدٍ الأَوْراقِ فِي الشَجَرَة)، مُصْطَلَحُ التَنْظِيمِ L1 وَمُصْطَلَح التَنْظِيمِ L2. يُمْكِن الوُصُولِ إِلَى وَصَفَ مُفَصَّلٍ لِ LightGBM عَبْرَ https://lightgbm.readthedocs.io/en/latest/. تَمَّ اِسْتِخْدامِ خوارزميه LightGBM فِي الكَشْفِ عَن الكَواكِب الخارِجِيَّةِ (2021MNRAS.tmp.3373M)، وَالبَحْثِ عَن المُتَغَيِّراتِ الكارثيه (2021Univ....7..438H)، وَتَوَقَّعَ الاِنْفِجارات الشَمْسِيَّةُ (2021AC....3500468R) بِالإِضافَةِ إِلَى التَنَبُّؤ بِمُعَلِّمات الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ (2022AJ....163..153L).
لِتَحْدِيدِ ما إِذا كانَ يَجِب اِسْتِخْدامِ القِياسات أَو الأَلْوانِ كَخَصائِص لِلبَيانات، تَمَّ تَقْسِيمِ العَيِّنَةُ إِلَى بَياناتٍ تَدْرِيبِ وَاِخْتِبارِ بِنِسَبٍ 0.8 وَ 0.2 عَلَى التَوالِي. تُظْهِر الجَدْوَلُ [tab:methods] الاِنْحِيازِ والتشتت بَيِّنَ النِقاطِ الفَلَكِيَّة المُتَوَقَّعَةِ وَالحَقِيقِيَّةِ لِمَجْمُوعَةِ بَياناتٍ الاِخْتِبارُ لِكُلِّ مِن الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ وَتَعْزِيزِ التَدَرُّج الخَفِيفِ (LGB). بِالنِسْبَةِ لَنَمُوذَج دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ، فَإِنَّ \(\sigma\) لِلغابَة العَشْوائِيَّةِ وَتَعْزِيزِ التَدَرُّج الخَفِيفِ بِاِسْتِخْدامِ الأَلْوانِ أَقَلَّ مِن 70 K وَهُوَ أَفْضَلَ مِن اِسْتِخْدامِ القِياسات (أَنْظُر الجَدْوَلُ 1). الأَلْوانِ أَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لِدَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ، وَالَّتِي هِيَ مَعْرُوفَةٍ أَيْضاً وَتَمَّ تَطْبِيقِها لَتَقْدِير دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ لِلأَجْسام المُخْتَلِفَةِ (2021MNRAS.507.2684C). عَلَى الرَغْمِ مِن ذٰلِكَ، بِالنِسْبَةِ لِلمَعْدِنِيَّة وَالجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ، فَإِنَّ اِسْتِخْدامِ الأَلْوانِ أَو القِياسات يُوَفِّر تَشَتَّتا وَاِنْحِيازا تَقْرِيبِيّا مُتَماثِلَيْنِ. مِن أَجْلِ الاِتِّساق الذاتِيِّ مَعَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ، تَمَّ أَيْضاً تَطْبِيقِ الأَلْوانِ لِتَكُون الخَصائِص لَتَقْدِير قِيَمِ المَعْدِنِيَّةِ وَالجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ. مِن خِلالَ مُقارَنَةً أَداءِ بَياناتٍ الاِخْتِبارُ، تَمَّ اِعْتِمادِ الأَلْوانِ (r - i, i - z, z - J, J - H, H - K, K - W1, W1 - W2) لِلاِسْتِخْدامِ كَخَصائِص لِلبَيانات.
بِاِسْتِخْدامِ الأَلْوانِ كَخَصائِص، تُظْهِر النَتائِجِ المُتَوَقَّعَةِ وَالحَقِيقِيَّةِ لَبَيانات الاِخْتِبارُ تُشابِها بَيِّنَ نَتائِجِ الغابَةِ العَشْوائِيَّةِ وَتَعْزِيزِ التَدَرُّج الخَفِيفِ. فِي اللَوْحاتِ العَلَوِيَّة، يَتَوافَق دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ المُتَوَقَّعَةِ جَيِّداً مَعَ تِلْكَ الخاصَّةِ بِعَيْنه الاِخْتِبارُ، حَيْثُ يَكُون الاِنْحِيازِ -0.5 K والتشتت 69 K. تَوْزِيعِ الكَثافَةِ لِلمَعْدِنِيَّة يَمْتَلِك تَشَتَّتا أَكْبَرَ قَلِيلاً بِمِقْدارِ 0.2 dex. تَوْزِيعِ الجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ لَهُ تَشَتَّتَ 0.05 dex دُونِ اِنْحِيازٍ مَنْهَجِيٍّ. يُظْهِر البَقايا بَيِّنَ القِيَمِ المُتَوَقَّعَةِ وَالحَقِيقِيَّةِ فِي اللَوْحاتِ السُفْلِيَّة، مَعَ خَطَأ اللَوْنِ الضَوْئِيّ W1 - W2 لِدَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ وَالجاذِبِيَّة السَطْحِيَّةُ، اللَوْنِ J - H لِلمَعْدِنِيَّة. النِقاطِ ذاتِ الأَخْطاءِ الضَوْئِيَّةِ المُخْتَلِفَةِ مُوَزَّعَةٌ بِشَكْلٍ عَشْوائِيٍّ حَوْلَ النِقاطِ الفَلَكِيَّة المُتَبَقِّيَةُ. وَبِالتالِي، لا يُعْتَبَر تَأْثِيرِ الخَطَأ الضَوْئِيّ فِي تَقْدِيرٍ النِقاطِ الفَلَكِيَّة أَكْثَرَ مِن ذٰلِكَ.
مِن المُفِيدِ تَحْلِيلِ أَهَمِّيَّةً المِيزاتِ عَلَى نِقاطٍ الأَداءِ لِلأَقْزام البارِدَةِ. لَقَد اُسْتُخْدِمْنا حَزْمه بايثون \(\emph{shap}\) لِحِسابِ قِيمَةَ SHAP (Shapley Additive ExPlanations) لِكُلِّ مِيزَةً (NIPS2017_7062)، وَالَّتِي يُمْكِن أَنَّ تَخْلُق تَفْسِيراً لَمُساهَمَة المِيزَة فِي النَمُوذَجِ. يَتِمّ حِسابِ قِيَمِ SHAP لِكُلِّ مِيزَةً وَرَسْمها فِي رَسْمِ بَيانَيَّ مُلَخَّصُ SHAP. المِحْوَرُ العَمُودِيّ يُعَرِّض المِيزاتِ مَرْتَبَةً حَسَبَ أَهَمِّيَّتُها للنمذجه. اللَوْنِ هُوَ قِيمَةَ المِيزَة لِعَيِّنَةٍ التَدْرِيبِ. المِحْوَرُ الأُفُقِيّ يُشِير إِلَى قِيمَةَ SHAP لِكُلِّ مِيزَةً، وَالَّتِي تَكُون إِيجابِيَّةً وَسَلْبِيّه. كَلْماً كانَت قِيمَةَ SHAP المُطْلَقَةِ لَمَيَّزَهُ أَكْبَرَ، كانَ تَأْثِيرِ هٰذِهِ المِيزَة أَكْبَرَ أَثْناءَ بِناءَ النَمُوذَجِ.
وَجَدْنا نَتائِجِ مُماثِلَةٍ مِن كُلّاً الطَرِيقَتَيْنِ RF وَ LightGBM، هُنا نُقَدِّم فَقَط الرَسْمُ البَيانِيّ SHAP لِ RF مِن حَيْثُ \(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log \(\emph{g}\). اللَوْحَةُ العَلَوِيَّة هِيَ الرَسْمُ البَيانِيّ SHAP لَنَمُوذَج \(T_{eff}\)، مِشْفَره بِأَلْوان قِيَمِ المِيزاتِ. اللَوْنِ W1 - W2 لَهُ العَلاقَةِ الإِيجابِيَّةِ الأَكْبَرُ بِقِيمَةِ SHAP، مِمّا يَعْنِي أَنَّ W1 - W2 هُوَ الأَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لِلتَغَيُّرات فِي \(T_{eff}\). فِي اللَوْحَةُ الوَسَطِيّ لَنَمُوذَج [M/H]، تَلْعَب الأَشْرِطَة بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ دَوْراً أَكْثَرَ أَهَمِّيَّةً أَثْناءَ بِناءَ النَمُوذَجِ.
الأَلْوانِ الثَلاثَةِ الأَكْثَرَ أَهَمِّيَّةً J - H، W1 - W2، وَ H - K كُلُّها فِي الأَشْرِطَة تَحْتَ الحَمْراءِ، مِمّا يُشِير إِلَى أَنَّ التَصْوِيرِ الفُوتُوغرافِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ أَساسِيٌّ لَتَقْدِير [M/H]. (2016MNRAS.460.2611S) قَد أَسْتَكْشِف أَيْضاً أَنَّ الأَلْوانِ J - K وَ W1 - W2 هِيَ مُؤَشِّراتٌ واعِدَةٌ لِلمَعْدِنِيَّة لِ \(T_{eff}\) وَ log \(\emph{g}\) لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M. فِي الرَسْمُ البَيانِيّ SHAP لِ log \(\emph{g}\)، اللَوْنِ W1 - W2 هُوَ المِيزَة الأَكْثَرَ فَعّالِيَّةِ، يَلِيه z - J وَ J - H. يَتِمّ تَلْخِيصُ المِيزاتِ الثَلاثِ الأَكْثَرَ أَهَمِّيَّةً لَتَقْدِير APs فِي الجَدْوَلُ (tab:shap). يُمْكِن العُثُورِ عَلَى أَنَّ التَصْوِيرِ الفُوتُوغرافِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ القَرِيبَةِ وَالمُتَوَسِّطَةِ أَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لَتَقَلُّبات APs النَجْمِيَّة. أَهَمِّيَّةً التَصْوِيرِ الفُوتُوغرافِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M مَعْرُوفَةٍ مُنْذُ فَتْرَةٍ طَوِيلَةٍ، عَلَى سَبِيلِ المِثالِ، (10.1093/mnras/171.1.19P) قَدَّمَ أَنَّ الأَقْزام مِن نَوْعٍ M فِي أَلْوانُ JHK مُتَمَيِّزَةٍ تَماماً عَن العَمالِقَة مِن نَوْعٍ M بِسَبَبِ الغَلْبَةُ المائِيَّةِ. (2022A&A...657A.129A) وَجَدَ أَنَّ النِطاقِ العَرِيضِ H هُوَ المِيزَة الأَكْثَرَ صِلَةٍ لَتَقْدِير log \(\emph{g}\) لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M بِاِسْتِخْدامِ الطَيْفِيَّة بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ القَرِيبَةِ. وَبِالتالِي، فَإِنَّ نَتِيجَتنا حَوْلَ أَهَمِّيَّةً التَصْوِيرِ الفُوتُوغرافِيِّ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ لِتَحْدِيدِ APs لِلأَقْزام مِن نَوْعٍ M تَتَماشَى مَعَ التَوَقُّعاتِ.
فِي هٰذا القِسْمِ، قُمْنا بِتَقْدِيرٍ الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ فِي الإِصْدار الثالِثِ مِن غايا بِاِسْتِخْدامِ نَماذِجَ الغاباتِ العَشْوائِيَّةِ وَ LightGBM الَّتِي تَمَّ تَدْرِيبها فِي القِسْمِ [sec:model]. قَدَّمْنا كَتالُوجا لِلخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِ 1,806,921 قَزَم بارِدٍ فِي الإِصْدار الثالِثِ مِن غايا. قُمْنا بِمُقارَنَة الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة المُقَدَّرَةِ بِتِلْكَ الَّتِي قَدَّمَتْها إِصْداراتِ غايا الثالِثَةِ اِسْتِناداً إِلَى أَطْيافِ غايا BP/RP وَأَطْياف RVS.
فِي هٰذا القِسْمِ، نُحَدِّد الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ فِي Gaia بِاِسْتِخْدامِ النَماذِجِ الَّتِي تَمَّ تَدْرِيبها فِي القِسْمِ [sec:model]. قَدَّمْنا كَتالُوجا لِلخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِ 1,806,921 قَزَم بارِدٍ، يَحْتَوِي عَلَى ضوئيات مُتَعَدِّدَةِ الأَطْياف، \(T_{eff}\)، [M/H]، log \(\emph{g}\) بِاِسْتِخْدامِ Random Forest وَ LightGBM وَالشُكُوكِ المُرْتَبِطَةِ بِها. هُنا، يَتِمّ اِسْتِنْتاجِ الشُكُوكَ مِن خِلالَ إِعادَةِ الحِساباتِ المُتَعَدِّدَةِ بِناءَ عَلَى طَرِيقَةِ مَوَّنْتُ كارْلُو. تَمَّ تَدْرِيبِ 100 نَمُوذَجَ مُخْتَلِفِ بِاِسْتِخْدامِ عَيِّناتٍ فَرْعِيَّةٍ مُخْتارَةٍ عَشْوائِيّا لِلتَدْرِيبِ. ثُمَّ يَتِمّ التَنَبُّؤ بِالخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لِكُلِّ جِسْمَ مِن خِلالَ تَكْرارِ تَطْبِيقِ نَماذِجَ التَعَلُّمِ الآلِيِّ لِحِسابِ التشتت كَشُكُوك لِهٰذا الجِسْمِ. يَتِمّ سَرْدٌ وَصَفَ الحُقُولِ فِي الكَتالُوج فِي الجَدْوَلُ [tab:field] وَيَتِمّ عَرَضَ قِسْمِ مِثالِيٌّ مِن الكَتالُوج فِي الجَدْوَلُ [tab:catalog]. يُمْكِن الوُصُولِ إِلَى الكَتالُوج كامِلاً عَلَى https://nadc.china-vo.org/res/paperdata/data_upload?resource=101203.
فِي الكَتالُوج، تَتِمّ تَوْفِيرِ شُكُوكٍ الخَصائِص الفِيزيائِيَّة الفَلَكِيَّة لَدَينا لِعَرْضِ الخَطَأ المَحْسُوبُ. تُوجَد هٰذِهِ النُجُومِ ضِمْنَ مَسافَةِ 3 كيلوبارسك، وَشُكُوك \(T_{eff}\)، [M/H]، log \(\emph{g}\) أَقَلَّ مِن 65 كَلَّفْنَ، وَ 0.08 ديكس، وَ 0.05 ديكس، عَلَى التَوالِي. الأَجْسام ذاتِ الشُكُوكَ الأَكْبَرُ هِيَ أَنْواعِ الطَيْف M الأَحْدَثُ، وَهٰذا لَيِسَ مُفاجِئاً نَظَراً لِأَنَّ مَجْمُوعَةِ التَدْرِيبِ هُنا أَصْغَرِ نِسْبِيّاً.
فِي هٰذا القِسْمِ، قُمْنا بِمُقارَنَة المُعامَلاتِ النقطيه المُقَدَّرَةِ لَدَينا مَعَ ثَلاثَةِ فَهارِس، تَشْمَل المُعامَلاتِ النقطيه مِن الطَيْف ذُو الدِقَّةِ العالِيَةِ وَالدِقَّةِ المُنْخَفِضَة لِ Gaia DR3، وَطَيْف APOGEE.
تَعُد تَجْرِبَةِ تَطَوُّرِ المجره فِي مِرْصَدٍ اباتشي بوينت (ابوجي) إِحْدَى أَجْزاءِ مَسْحٍ السَماءِ الرَقَمِيَّ لسلوفان. يَتِمّ تَحْدِيدِ نِقاطٍ الأَساسِ النَجْمِيَّة وَوَفَّرَهُ المَعادِن بِواسِطَةِ خَطِّ أَنابِيبِ مُعَلِّمات وَوَفَّرَهُ النُجُومِ فِي ابوجي (ASPCAP)، وَالَّذِي يُحَلِّل أَطْيافِ أَهْدافٍ ابوجي (2018AJ....156..125H, 2006AJ....131.2332G). يَقُوم ASPCAP أَوَّلاً بِالحُصُولِ عَلَى مُعَلِّمات النُجُومِ مِن خِلالَ مُطابَقَة الطَيْف بِأَكْمَلِهِ، وَثانِياً، يَتِمّ تَحْدِيدِ وَفْرَةِ العُنْصُرُ الفَرْدِيِّ مِن خِلالَ مُطابَقَة طَيْفِ مَحْدُودٍ مُرْتَبِطٌ بِالعُنْصُر. يَعْرِف ASPCAP بِإِمْكانِيَّته لِلسَماحِ بِثَمانِيَةِ مُعَلِّمات، بِما فِي ذٰلِكَ دَرَجَةِ الحَرارَةِ الفَعّالَةَ \(T_{eff}\)، جاذِبِيَّةً السَطْحِ log \(\emph{g}\)، وَغَيْرِها. قُمْنا بِمُطابَقَة عَيَّنَتْنا مَعَ كَتالُوج نِقاطٍ الأَساسِ النَجْمِيَّة لابوجي DR16، وَاِخْتَرْنا الأَقْزام البارِدَةِ بِاِتِّباعِ هٰذِهِ المَعايِيرِ:
ASPCAPFLAG = 0 وَ STARFLAG = 0.
نِسْبَةَ الإِشارَةُ إِلَى الضَوْضاء فِي ابوجي > 30.
خَطَأ \(T_{eff}\_\) < 150 K، خَطَأ log \(\emph{g}\_\) < 0.08 dex، وَخَطّا [M/H]\(\_\) < 0.02 dex.
قَصَّ 3\(\sigma\) لِ \(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log \(\emph{g}\).
3200 K < \(T_{eff}\) < 4200 K وَ log \(\emph{g}\) > 4.5 dex.
يُظْهِر الشَكْلِ [fig:esto_apo] نِقاطٍ الأَساسِ المُتَوَقَّعَةِ مُقارَنَةً بابُوجَيَّ DR16. نَظَراً لِأَنَّ كُلِّ مِن RF وَ LGB تُعْطِي نَتائِجِ مُماثِلَةٍ، فَقَد عَرَضْنا فَقَط نِقاطٍ الأَساسِ مِن RF لِلمُقارَنَة مَعَ بَياناتٍ ابوجي DR16. تَوْزِيعِ \(T_{eff}\) يَتَّفِق بِشَكْلٍ جَيِّدٍ، مَعَ اِنْحِيازٍ -3 K وَتَشَتَّت 55 K. كانَ هٰذا الاِتِّفاقِ مُتَوَقَّعاً نَظَراً لِأَنَّ عَيِّنَةً التَدْرِيبِ الخاصَّةِ بِنا تَمَّ تَصْنِيفِها بِواسِطَةِ أَطْيافِ ابوجي عالِيَةٍ الدِقَّةِ. تَوْزِيعِ [M/H] لَهُ اِنْحِيازٍ -0.03 dex وَتَشَتَّت 0.13 dex، بَيْنَما تَقْدِيرٍ log \(\emph{g}\) لَهُ اِنْحِيازٍ 0.01 dex وَتَشَتَّت 0.11 dex. بِشَكْلٍ عامَ، نِقاطٍ الأَساسِ فِي هٰذا العَمَلِ تَتَّفِق بِشَكْلٍ جَيِّدٍ مَعَ ابوجي DR16.
قُمْنا بِمُطابَقَة النِقاطِ الفَلَكِيَّة مِن طَيْفِ BP/RP لِ Gaia DR3 مَعَ فَهَرَسَنا فِي TOPCAT وَاِسْتَبْعَدَنا المَصادِرُ الَّتِي لا تَحْتَوِي عَلَى نِقاطٍ فَلَكِيّه. بِالإِضافَةِ إِلَى ذٰلِكَ، اِخْتَرْنا الأَجْسام الَّتِي تُقِلّ دَرَجَةِ حَرارَتِها الفَعّالَةَ عَن 4300 K وَتَزِيد قِيمَةَ log g عَن 4 dex وَ[M/H] مِن -1.0 إِلَى 0.1 dex لِضَمانِ مُقارَنَةً صَحِيحَةٍ. تَمَّ تَضْمِينِ مَجْمُوعُ 1,599,278 جِسْمَ. النِقاطِ الصَفْراءُ تُمَثِّل النِقاطِ الفَلَكِيَّة RF مِن عَمَلِنا لَطِيف BP/RP، بَيْنَما تُمَثِّل النِقاطِ الرَمادِيَّةِ النَتائِجِ مِن Gaia DR3. تُشِير النِقاطِ الرَمادِيَّةِ إِلَى مَجْمُوعَةِ واسِعَةً مِن الشَوائِبِ فِي النِقاطِ الفَلَكِيَّة لِ Gaia DR3 وَالَّتِي تَبْدُو غَيْرِ مَنْطِقِيَّةٍ. بِالمُقابِلِ، يُوَفِّر عَمَلِنا تَقْدِيراتِ لِلأَقْزام البارِدَةِ الَّتِي تَبْدُو أَكْثَرَ تَوافُقاً مَعَ التَوَقُّعاتِ القائِمَةِ عَلَى النَماذِجِ، عَلَى سَبِيلِ المِثالِ، فِي الشَكْلِ [fig:parsec].
بِالإِضافَةِ إِلَى النِقاطِ الفَلَكِيَّة مِن الطَيْف ذُو الدِقَّةِ المُنْخَفِضَة BP/RP، يُوَفِّر Gaia DR3 أَيْضاً النِقاطِ الفَلَكِيَّة مِن الطَيْف ذُو الدِقَّةِ العالِيَةِ. فِي هٰذِهِ الدِراسَةُ، قُمْنا بِاِخْتِيارِ الأَجْسام المُشْتَرَكَةِ بَيِّنَ RVS وَفَهْرَسَنا. بُعْدَ إِجْراءِ عَمَلِيَّةِ المُطابَقَة، تَبْقَى لَدَينا (839) جِسْما لِلمُقارَنَة. مِن الواضِحِ عَلَى الفَوْرِ مِن الرَسْمُ البَيانِيّ أَنَّ هُناكَ اِخْتِلافاتٍ كَبِيرَةٍ مُقارَنَةً بِتَوَقُّعاتنا المَبْنِيَّةُ عَلَى النَماذِجِ، عَلَى سَبِيلِ المِثالِ. يُمْكِن أَنَّ تَعْزِي هٰذِهِ الاِخْتِلافاتِ إِلَى دِقَّةٍ log g الَّتِي تُقِلّ كَلْماً قُلْتُ \(T_{eff}\) (2022arXiv220605541R).
قَد يَزْداد \(\sigma\) فِي تَوْلِيدِ النِقاطِ الفَلَكِيَّة، وَالَّذِي قَد يَكُون ناتِجا عَن سَبَبَيْنِ. مِن ناحِيَةٍ، تُفَضِّل طَرِيقَةِ التَعَلُّمِ الآلِيِّ اِتِّجاهِ التَوْزِيعِ العالِي لِعَيِّنَةٍ التَدْرِيبِ. قَد يَكُون هُناكَ تَشَتَّتَ أَكْبَرَ إِذا اِخْتَلَفَ تَوْزِيعِ المُعامَلاتِ عَن عَيِّنَةً التَدْرِيبِ. مِن ناحِيَةٍ أُخْرَى، يَجِب تَوَخَّى الحِذْرِ عِنْدَ اِسْتِخْدامِ النِقاطِ الفَلَكِيَّة لِلأَقْزام البارِدَةِ مِن Gaia. لا يُمْكِن تَجَنُّبِ القُيُودِ، مِثْلَ اِنْخِفاضِ دِقَّةٍ الطَيْف، نَقْصِ فِي نِطاقِ الطُولَ الموجي، وَعَدَمِ وُجُودِ قالَب لِلأَقْزام البارِدَةِ.
فِي هٰذا العَمَلِ، طَوَّرَنا نَماذِجَ تَقْدِيرٍ لِ \(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log g لِلأَقْزام البارِدَةِ مِن خِلالَ تَطْبِيقِ طُرُقٍ التَعَلُّمِ الآلِيِّ عَلَى البَياناتِ الضَوْئِيَّةِ وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ. تَتَلَخَّص المُساهَماتِ الرَئِيسِيَّةِ لِهٰذِهِ الوَرَقَةَ كَما يَلِي.
قُمْنا بِاِخْتِيارِ 94,904 أَجْسام مِن فَهارِس مُعَلِّمات الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ لَأَقْزام LAMOST وَ APOGEE، مَعَ \(T_{eff}\) تَتَراوَح بَيِّنَ 3200 K إِلَى 4300 K، [M/H] تَتَراوَح مِن -0.1 dex إِلَى 0.5 dex، وَ log \(\emph{g}\) أَكْبَرَ مِن 4.5 dex. بِاِسْتِخْدامِ التَصْوِيرِ الضَوْئِيّ مُتَعَدِّدِ الأَطْياف للمسوحات الضَوْئِيَّةِ وَالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ، تَمَّ تَطْبِيقِ طَرِيقَتَيْنِ مِن طُرُقٍ التَعَلُّمِ الآلِيِّ (RF وَ LightGBM) لِبِناءِ نَماذِجَ لِلتَنَبُّؤ بِمُعَلِّمات الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ. أَظْهَرَت المُعَلِّماتُ حَسّاسِيَّةٍ قَلِيلَةٍ نِسْبِيّاً لِطَرِيقَةِ التَعَلُّمِ الآلِيِّ المُخْتارَة وَقَدَّمَت أَفْضَلَ تَشَتَّتَ بِمِقْدارِ 68 K، 0.22 dex، وَ 0.053 dex لِ \(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log \(\emph{g}\)، عَلَى التَوالِي.
اُسْتُخْدِمْنا قِيَمِ SHAP لِتَحْلِيلِ أَهَمِّيَّةً المِيزاتِ أَثْناءَ بِناءَ النَمُوذَجِ لِلمُعَلِّمات الجَوِّيَّةِ. وِفْقاً لِرَسْمِ بَيانَيَّ لِقِيمَةِ SHAP، وَجَدَ أَنَّ اللَوْنِ W1 - W2 هُوَ المِيزَة الأَكْثَرَ حَسّاسِيَّةٍ لِكُلِّ مِن \(T_{eff}\) وَ log g، وَأَنَّ اللَوْنِ J - H هُوَ الأَهَمُّ لِ [M/H]. تَلْعَب الأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ دَوْراً حاسِماً فِي بِناءَ نَماذِجَ المُعَلِّماتُ الجَوِّيَّةِ لَدَينا.
اِسْتِناداً إِلَى العَمَلِ المَذْكُورِ أَعْلاه، قَدَّمْنا فَهَرَسا لَمُعَلِّمات الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ لَأَقْزام Gaia DR3 البارِدَةِ. يُوجَد ما مَجْمُوعُهُ 1,806,921 جِسْمَ مَعَ التَصْوِيرِ الضَوْئِيّ فِي ثَمانِي أَطْيافِ وَمُعَلِّمات الغِلافِ الجَوِّيِّ النَجْمِيّ (\(T_{eff}\)، [M/H]، وَ log \(\emph{g}\))، بِالإِضافَةِ إِلَى عَدَمِ اليَقِينِ المُقابِلِ. عِنْدَ مُقارَنَةً فَهَرَسَ المُعَلِّماتُ الجَوِّيَّةِ لَدَينا مَعَ تِلْكَ المَوْجُودَةِ فِي Gaia DR3 BP/RP الطَيْفِيَّة وَ RVS، تَمَّ اِقْتِراحِ عَدَدٍ مِن المُشْكِلاتِ مَعَ مُعَلِّمات Gaia DR3 الجَوِّيَّةِ لِلأَقْزام البارِدَةِ.
يُدَعِّم هٰذا العَمَلِ بَرْنامَجِ البَحْثِ وَالتَطْوِيرِ الوَطَنِيِّ الرَئِيسِيُّ فِي الصِينِ رَقْمِ 2019YFA0405502، وَمُؤَسَّسَةُ العُلُومِ الطَبِيعِيَّةِ الوَطَنِيَّةِ فِي الصِينِ (12103068، U1931209)، وَزَمالَة زائِرٍ مِن تَحالُفٍ المُنَظَّماتِ العِلْمِيَّةِ الدُوَلِيَّةِ، وَمَنَحَ بَحْثِيَّةٍ عِلْمِيَّةٍ مِن مَشْرُوعِ الفَضاءِ المَأْهُول الصِينِيِّ بِرَقْم CMS-CSST-2021-B05.
اِسْتَخْدَمَ هٰذا البَحْثِ بَياناتٍ مِن LAMOST (2015RAA....15.1095L). الاِسْمِ الكامِلِ لِ LAMOST هُوَ التِلِسْكُوب الطَيْفِيّ مُتَعَدِّدِ الأَلْياف لِمِنْطَقَةِ السَماءِ الكَبِيرَةِ أَو تِلِسْكُوب Guoshoujing. إِنَّهُ مَشْرُوعِ عِلْمِيٌّ وَطَنِيٍّ كَبِيرٍ أَنْشَأَتْهُ الأَكادِيمِيَّةِ الصِينِيَّةِ لِلعُلُومِ. تَمَّ تَوْفِيرِ التَمْوِيلِ لِلمَشْرُوعِ مِن قِبَلَ اللَجْنَةِ الوَطَنِيَّةِ لِلتَنْمِيَةِ وَالإِصْلاح. يَتِمّ تَشْغِيلِ LAMOST وَإِدارَتِهِ مِن قِبَلَ المَراصِد الفَلَكِيَّة الوَطَنِيَّةِ، الأَكادِيمِيَّةِ الصِينِيَّةِ لِلعُلُومِ.
يَسْتَخْدِم هٰذا العَمَلِ مُنْتَجاتٍ بَياناتٍ مِن Wide-field Infrared Survey Explorer (2010AJ....140.1868W)، وَهُوَ مَشْرُوعِ مُشْتَرَكٍ بَيِّنَ جامِعَةِ كالِيفُورْنِيا، لُوس أَنْجِلُوس، وَمُخْتَبَر الدَفْعِ النَفّاث/مَعْهَدِ كالِيفُورْنِيا لِلتِكْنُولُوجِيا، مُمَوَّل مِن قِبَلَ إِدارَةِ الطَيَرانِ وَالفَضاءُ الوَطَنِيَّةِ.
اِسْتَخْدَمَ هٰذا العَمَلِ بَياناتٍ مِن مُهِمَّةً Gaia التابِعَةِ لِوِكالَةِ الفَضاءِ الأُورُوبِّيَّةِ (ESA) (https://www.cosmos.esa.int/gaia)، الَّتِي تَمَّت مُعالَجَتُها مِن قِبَلَ تَجْمَع مُعالَجَةِ وَتَحْلِيلٌ بَياناتٍ Gaia (DPAC، https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). تَمَّ تَوْفِيرِ التَمْوِيلِ لِ DPAC مِن قِبَلَ المُؤَسَّساتِ الوَطَنِيَّةِ، وَبِشَكْلٍ خاصٍّ، المُؤَسَّساتِ المُشارَكَةِ فِي اِتِّفاقِيَّةِ Gaia المُتَعَدِّدَةِ الأَطْرافِ.
مُنْتَجاتٍ البَياناتِ مِن مَسْحٍ السَماءِ بِالكامِلِ بِالأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ بَعِيدَةً المَدَى (2006AJ....131.1163S)، وَهُوَ مَشْرُوعِ مُشْتَرَكٍ بَيِّنَ جامِعَةِ ماساتشوستس وَمَرْكَزِ مُعالَجَةِ وَتَحْلِيلٌ الأَشِعَّة تَحْتَ الحَمْراءِ/مَعْهَدِ كالِيفُورْنِيا لِلتِكْنُولُوجِيا، مُمَوَّل مِن قِبَلَ إِدارَةِ الطَيَرانِ وَالفَضاءُ الوَطَنِيَّةِ وَمُؤَسَّسَةُ العُلُومِ الوَطَنِيَّةِ.
يَسْتَخْدِم هٰذا العَمَلِ بَياناتٍ مِن SDSS DR16 لِ SDSS-IV (2017AJ....154...28B). تَمَّ تَوْفِيرِ التَمْوِيلِ لِ SDSS-IV مِن قِبَلَ مُؤَسَّسَةِ Alfred P. Sloan، وَالمُؤَسَّساتِ المُشارَكَةِ، وَمُؤَسَّسَةُ العُلُومِ الوَطَنِيَّةِ، وَوِزارَةِ الطاقَةِ الأَمْرِيكِيَّةِ لِلعُلُومِ.
يَسْتَخْدِم هٰذا البَحْثِ Astropy4, TOPCAT (2005ASPC..347...29T), Scipy (2020NatMe..17..261V), Numpy (2020Natur.585..357H).