Citizen science-projekt, der klassificerer gammastråleudbrud

Når fjerne stjerner eksploderer, udsender de glimt af energi, kaldet gammastråleudbrud, der er lyse nok til, at teleskoper tilbage på Jorden kan opdage dem. At studere disse impulser, som også kan komme fra sammensmeltninger af nogle eksotiske astronomiske objekter såsom sorte huller og neutronstjerner, kan hjælpe astronomer som mig med at forstå universets historie.

Rumteleskoper registrerer i gennemsnit ét gamma-stråleudbrud om dagen, hvilket tilføjer til tusindvis af udbrud, der er opdaget gennem årene, og et fællesskab af frivillige gør forskning i disse udbrud mulig.

Den 20. november 2004 opsendte NASA Neil Gehrels Swift Observatory, også kendt som Swift. Swift er et rumteleskop med flere bølgelængder, som videnskabsmænd bruger til at finde ud af mere om disse mystiske gammastråleglimt fra universet.

Gammastråleudbrud varer normalt kun i meget kort tid, fra et par sekunder til et par minutter, og størstedelen af ​​deres emission er i form af gammastråler, som er en del af lysspektret, som vores øjne ikke kan se. Gammastråler indeholder meget energi og kan beskadige menneskeligt væv og DNA.

Heldigvis blokerer Jordens atmosfære de fleste gammastråler fra rummet, men det betyder også, at den eneste måde at observere gammastråleudbrud på er gennem et rumteleskop som Swift. Gennem sine 19 års observationer har Swift observeret over 1.600 gammastråleudbrud. Den information, den indsamler fra disse udbrud, hjælper astronomer tilbage på jorden med at måle afstandene til disse objekter.

Tilbageblik

Dataene fra Swift og andre observatorier har lært astronomer, at gammastråleudbrud er en af ​​de kraftigste eksplosioner i universet. De er så lyse, at rumteleskoper som Swift kan registrere dem fra hele universet.

Faktisk er gammastråleudbrud blandt et af de fjerneste astrofysiske objekter observeret af teleskoper.

Fordi lys rejser med en begrænset hastighed, ser astronomer effektivt tilbage i tiden, mens de ser længere ind i universet.

Det fjerneste gammastråleudbrud, der nogensinde er observeret, fandt sted så langt væk, at dets lys tog 13 milliarder år at nå Jorden. Så da teleskoper tog billeder af det gammastråleudbrud, observerede de begivenheden, som den så ud for 13 milliarder år siden.

Gammastråleudbrud giver astronomer mulighed for at lære om universets historie, herunder hvordan fødselsraten og stjernernes masse ændrer sig over tid.

Typer af gammastråleudbrud

Astronomer ved nu, at der grundlæggende er to slags gammastråleudbrud - lange og korte. De er klassificeret efter, hvor længe deres pulser varer. De lange gammastråleudbrud har pulser længere end to sekunder, og i det mindste nogle af disse begivenheder er relateret til supernovaer — eksploderende stjerner.

Når en massiv stjerne, eller en stjerne, der er mindst otte gange mere massiv end vores sol, løber tør for brændstof, vil den eksplodere som en supernova og kollapse til enten en neutronstjerne eller et sort hul.

Både neutronstjerner og sorte huller er ekstremt kompakte. Hvis du krympede hele solen til en diameter på omkring 12 miles, eller på størrelse med Manhattan, ville den være lige så tæt som en neutronstjerne.

Nogle særligt massive stjerner kan også sende lysstråler, når de eksploderer. Disse stråler er koncentrerede lysstråler drevet af strukturerede magnetfelter og ladede partikler. Når disse jetfly peger mod Jorden, vil teleskoper som Swift registrere et gammastråleudbrud.

På den anden side har korte gamma-stråleudbrud impulser, der er kortere end to sekunder. Astronomer har mistanke om, at de fleste af disse korte udbrud sker, når enten to neutronstjerner eller en neutronstjerne og et sort hul smelter sammen.

Når en neutronstjerne kommer for tæt på en anden neutronstjerne eller et sort hul, vil de to objekter kredse om hinanden og krybe tættere og tættere på, efterhånden som de mister noget af deres energi gennem gravitationsbølger.

Disse objekter smelter til sidst sammen og udsender korte stråler. Når de korte stråler peger mod Jorden, kan rumteleskoper registrere dem som korte gammastråleudbrud.

Klassificering af gammastråleudbrud

At klassificere udbrud som korte eller lange er ikke altid så nemt. I de sidste par år har astronomer opdaget nogle ejendommelige korte gammastråleudbrud forbundet med supernovaer i stedet for de forventede fusioner. Og de har fundet nogle lange gamma-stråleudbrud relateret til fusioner i stedet for supernovaer.

Disse forvirrende tilfælde viser, at astronomer ikke helt forstår, hvordan gammastråleudbrud opstår. De foreslår, at astronomer har brug for en bedre forståelse af gammastrålepulsformer for bedre at forbinde pulserne med deres oprindelse.

Men det er svært at klassificere pulsform, som er anderledes end pulsvarighed, systematisk. Pulsformer kan være ekstremt forskellige og komplekse. Indtil videre har selv maskinlæringsalgoritmer ikke været i stand til korrekt at genkende alle de detaljerede pulsstrukturer, som astronomer er interesserede i.

Samfundsvidenskab

Mine kolleger og jeg har fået hjælp fra frivillige gennem NASA til at identificere pulsstrukturer. Frivillige lærer at identificere pulsstrukturerne, så ser de på billeder på deres egne computere og klassificerer dem.

Vores foreløbige resultater tyder på, at disse frivillige – også omtalt som borgerforskere – hurtigt kan lære og genkende gammastrålepulsers komplekse strukturer. At analysere disse data vil hjælpe astronomer til bedre at forstå, hvordan disse mystiske udbrud er skabt.

Vores team håber at lære om, hvorvidt flere gammastråleudbrud i prøven udfordrer den tidligere korte og lange klassifikation. Vi vil bruge dataene til mere præcist at undersøge universets historie gennem observationer af gammastråleudbrud.

Dette borgervidenskabelige projekt, kaldet Burst Chaser, er vokset siden vores foreløbige resultater, og vi rekrutterer aktivt nye frivillige til at deltage i vores søgen efter at studere den mystiske oprindelse bag disse udbrud.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.