En virtual reality-oplevelse af at være inde i en eksploderet stjerne

Cassiopeia A, den yngste kendte supernova-rest i Mælkevejen, er resterne af en stjerne, der eksploderede for næsten 400 år siden. Stjernen var cirka 15 til 20 gange vores sols masse og sad i stjernebilledet Cassiopeia, næsten 11, 000 lysår fra jorden.

Selvom det er forbløffende fjernt, det er nu muligt at træde ind i en virtual reality (VR) skildring af, hvad der fulgte efter den eksplosion.

Et hold ledet af Kimberly Kowal Arcand fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og Center for Computation and Visualization ved Brown University har gjort det muligt for astronomer, astrofysikere, rumentusiaster, og de simpelthen nysgerrige efter at opleve, hvordan det er inde i en død stjerne. Deres indsats er beskrevet i et nyligt papir i Communicating Astronomy with the Public.

VR-projektet - menes at være det første af sin art, ved hjælp af røntgendata fra NASAs Chandra X-ray Observatory-mission (som har hovedkvarter på CfA), infrarøde data fra Spitzer Space Telescope, og optiske data fra andre teleskoper – tilføjer nye lag af forståelse til et af de mest berømte og mest studerede objekter på himlen.

"Vores univers er dynamisk og 3D, men det får vi ikke, når vi konstant ser på tingene" i to dimensioner, sagde Arcand, visualiseringslederen hos CfA.

Projektet bygger på tidligere forskning udført på Cas A, som det er almindeligt kendt, som først gjorde den døde stjerne til en 3D-model ved hjælp af røntgenstråler og optiske data fra flere teleskoper. Arcand og hendes team brugte disse data til at konvertere modellen til en VR-oplevelse ved at bruge MinVR og VTK, to datavisualiseringsplatforme. Kodningsarbejdet blev primært varetaget af Brown computer science senior Elaine Jiang, en medforfatter på papiret.

VR-oplevelsen lader brugere gå ind i en farverig digital gengivelse af stjerneeksplosionen og engagere sig i dele af den, mens de læser korte billedtekster, der identificerer de materialer, de ser.

"Astronomer har længe studeret supernova-rester for bedre at forstå præcis, hvordan stjerner producerer og udbreder mange af de grundstoffer, der observeres på Jorden og i kosmos som helhed, " sagde Arcand.

Når stjerner eksploderer, de fordriver alle deres elementer ind i universet. I det væsentlige, de hjælper med at skabe elementerne i livet, fra jernet i vores blod til calcium i vores knogler. Alt det, forskere mener, kommer fra tidligere generationer af eksploderede stjerner.

I 3D-modellen af ​​Cas A, og nu i VR-modellen, elementer som jern, silicium, og svovl er repræsenteret af forskellige farver. At se det i 3D kaster Cas A i nyt perspektiv, selv for mangeårige forskere og astronomer, der bygger modeller af supernovaeksplosioner.

"Første gang jeg nogensinde gik inde i det samme datasæt, som jeg har stirret på i 20 år, Jeg blev bare med det samme fascineret af ting, jeg aldrig havde lagt mærke til, som hvordan forskellige dele af jernet var forskellige steder, " sagde Arcand. "Evnen til at se på noget i tre dimensioner og blive fordybet i det åbnede bare mine øjne for at tænke på det på forskellige måder."

VR-platformene åbner også forståelse for supernova-resten, som er den stærkeste radiokilde ud over vores solsystem, til nye målgrupper. VR-versioner af Cas A er tilgængelige efter anmodning til en VR-hule (et specialfremstillet rum, hvor gulve og vægge er projektionsskærme), såvel som på Oculus Rift, en VR-computerplatform. Som en del af dette projekt, holdet skabte også en version, der fungerer med Google Cardboard eller lignende smartphone-platforme. I et separat, men relateret projekt, Arcand og et team fra CfA arbejdede sammen med Smithsonian Learning Lab for at skabe en browserbaseret, interaktive, 3-D-applikation og 360-graders video af Cas A, der fungerer med Google Cardboard og lignende platforme.

"Hele min karriere har kigget på data, og hvordan vi tager data og gør dem tilgængelige eller visualiserer dem på en måde, der tilføjer mening til det, som stadig er videnskabeligt, " sagde Arcand.

VR er en næsten perfekt vej til denne tilgang, siden det har været stigende i popularitet som både underholdning og et pædagogisk værktøj. Det er blevet brugt til at hjælpe medicinsk personale med at forberede sig til operationer, for eksempel, og videospilfirmaer har brugt det til at tilføje spænding og fordybelse til populære spil.

Arcand håber at gøre Cas A tilgængelig for endnu flere mennesker, såsom synshandicappede, ved at tilføje lydelementer til farverne i modellen.

Reaktionen på VR-oplevelsen har været overvældende positiv, sagde Arcand. Både eksperter og ikke-eksperter bliver ramt af, hvad Arcand kalder "ærefrygt-øjeblikke" med at være inde og lære om noget så massivt og langt væk.

"Hvem vil ikke gå inde i en død stjerne?" sagde Arcand.

Denne historie er offentliggjort med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitys officielle avis. For yderligere universitetsnyheder, besøg Harvard.edu.