Hvad kan du gøre med spiralgraf? Hjælp med at forstå, hvordan galakser udvikler sig

Spiralstruktur ses i en række naturlige objekter, lige fra planter og dyr til tropiske cykloner og galakser. Nu har forskere ved North Carolina Museum of Natural Sciences udviklet en teknik til nøjagtigt at måle spiralgalaksernes snoede arme, som er så let, stort set alle kan deltage. Denne nye og enkle metode anvendes i øjeblikket i et borgervidenskabsprojekt, kaldet spiralgraf, der udnytter en persons medfødte evne til at genkende mønstre, og i sidste ende kunne give forskere en vis indsigt i, hvordan galakser udvikler sig.

Spiralgalakser, som vores egen Mælkevej, udgør cirka 70 procent af galakserne i det nærliggende univers. I mange af disse galakser er forskellen i lysstyrke mellem de snoede arme og områderne mellem armene meget subtil, gør det udfordrende for automatiserede metoder at måle. Selv lyse forgrundsstjerner kan skævvride den automatiserede analyse af en galakse. Derudover mønstre i spiralgalakser er let at se og følge af mennesker, men computeralgoritmer har sværere ved at bestemme, hvor spiraler begynder og slutter, især hvis de ikke er kontinuerlige.

Spiral Graph-projektet udnytter en hævdvunden genvej, der er almindelig i kunstklasser - sporing. Ian Hewitt, Research Adjunct ved NC Museum of Natural Sciences, og Patrick Treuthardt, Assisterende leder af museets forskningslaboratorium for astronomi og astrofysik, testet deres sporingsmetode på et sæt simple modelbilleder af spiralgalakser med kendte viklinger. De sporede derefter spiralstrukturen ud og målte viklingen af ​​sporingerne med deres egen specialdesignede software, P2DFFT. Da de sammenlignede deres resultater med andre tilgange, der involverede et kunstig intelligens-program, tilpasse observeret struktur med matematiske modeller, eller endda direkte indtastning af billeder i deres egen målesoftware, ingen gav resultater så præcise og nøjagtige som deres sporingsmetode. Et papir med detaljer om denne sammenligning udkom online den 9. marts, 2020. Spiral Graph er tilgængelig på Zooniverse.org-platformen for borgervidenskabelige projekter.

"Disse menneskeskabte sporinger giver vores software et løft, så den nøjagtigt kan måle, hvor tæt omviklet strukturen er, " siger Treuthardt. "Graden af ​​indpakning af spiralarmene kaldes pitch-vinklen. Hvis et spiralmønster har meget tæt viklede arme, den har en lille stigningsvinkel. Hvis det er spiralmønsteret meget åbent, den har en stor pitch-vinkel." Hvorfor er pitch-vinkel vigtig? Fordi den relaterer til andre parametre i værtsgalaksen, som er sværere og mere tidskrævende at måle, såsom massen af ​​det sorte hul fundet i kernen, eller galaksens indhold af mørkt stof. "Hvis vi kender pitch-vinklen, kan vi hurtigt og nemt estimere disse parametre og identificere interessante galakser for mere detaljeret, opfølgende teleskopobservationer, " tilføjer Treuthardt.

Hewitts arbejde med denne undersøgelse, og borgervidenskabsprojektet Spiral Graph, er særligt givende, siden han startede som frivillig i samarbejde med Treuthardt. Selvom en lang tid amatørastronom, Hewitt trak sig tilbage fra en karriere i industrien for at forfølge astronomi på fuld tid. Han afsluttede senere en grad i astronomi og begyndte at undervise og arbejde med programmeringsprojekter i museets Astronomi &Astrofysiske Forskningslaboratorium. "Det har været rigtig spændende at få en chance for at deltage i denne form for forskning, men endnu bedre at være med til at gøre andre i stand til at bidrage til bestræbelserne på bedre at forstå vores univers, " siger Hewitt. Og med anslået 6, 000 galakser i deres undersøgelse, at rekruttere borgerforskere er et must.