Ανακαλύφθηκαν Δίσκοι Πλανητικών Συντριμμιών με Πολίτες Επιστήμονες και Εικονική Πραγματικότητα
Οι αστρονόμοι έχουν πολλά εργαλεία για τη μελέτη του σύμπαντος:τηλεσκόπια, δορυφόρους, διαπλανητικά διαστημόπλοια και πολλά άλλα. Το ταπεινό ανθρώπινο μάτι είναι επίσης ένα κρίσιμο μέρος αυτής της εργαλειοθήκης, καθώς μπορεί συχνά να εντοπίσει μοτίβα ή παρεκκλίσεις που χάνουν οι αλγόριθμοι. Και η εξονυχιστική δύναμη του οράματός μας ενισχύθηκε πρόσφατα από την εικονική πραγματικότητα (VR) καθώς και από χιλιάδες μάτια που εργάζονται παράλληλα χάρη στη δύναμη του Διαδικτύου στο crowdsourcing.
Ερευνητές στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA ανακοίνωσαν πρόσφατα την ανακάλυψη 10 αστεριών που περιβάλλονται από σκονισμένους δίσκους συντριμμιών—στροβιλιζόμενες μάζες αερίου, σκόνης και βράχων που έχουν απομείνει μετά τις πρώτες φάσεις σχηματισμού πλανητών. Αυτό το αποτέλεσμα, που ενεργοποιήθηκε από την εικονική πραγματικότητα και τη βοήθεια επιστημόνων πολιτών, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Astrophysical Journal . Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να συνθέσουν μια χρονική γραμμή του τρόπου κατασκευής των πλανητικών συστημάτων.
Οι δίσκοι συντριμμιών περιλαμβάνουν διάφορα στάδια σχηματισμού πλανητών, συμπεριλαμβανομένων των νεανικών εποχών στις οποίες οι κόσμοι εξακολουθούν να είναι ενσωματωμένοι στα υπολείμματα από τις ακατάστατες, χαοτικές διαδικασίες της γέννησής τους. Αν και οι αστρονόμοι έχουν καταφέρει να δουν μερικούς απευθείας, οι περισσότεροι από αυτούς τους νεαρούς πλανήτες είναι πέρα από την προσιτότητα των σημερινών τηλεσκοπίων. Η δημιουργία ενός πλανητικού συστήματος διαρκεί εκατομμύρια χρόνια, επομένως κάθε δίσκος συντριμμιών που βλέπουν οι παρατηρητές είναι απλώς ένα σύντομο στιγμιότυπο μιας στιγμής στη ζωή αυτού του συστήματος. Για να αποκαλύψουν ολόκληρη την ιστορία, οι αστρονόμοι αναζητούν πολλά πλανητικά συστήματα με στεφάνι δίσκου σε διαφορετικά στάδια εξέλιξης, συγκεντρώνοντας πολλά στιγμιότυπα για να τα συνδυάσουν σε μια χρονική γραμμή.
Για να κυνηγήσουν δίσκους συντριμμιών, οι παρατηρητές συνήθως ξεκινούν αναζητώντας αστέρια που φαίνονται ιδιαίτερα φωτεινά στο υπέρυθρο. Αυτή η μη φυσιολογική φωτεινότητα συνήθως προέρχεται από μια πληθώρα σκόνης που θερμαίνεται από το φως των αστεριών σε έναν δίσκο γύρω από ένα αστέρι. Το υπέρυθρο τηλεσκόπιο της NASA WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) εξέτασε ολόκληρο τον ουρανό, δημιουργώντας αυτό που από ορισμένες απόψεις είναι ο πιο ολοκληρωμένος κατάλογος αστρικών μετρήσεων υπέρυθρων. Με δεκάδες χιλιάδες σημεία δεδομένων προς ανάλυση και πολλούς δίσκους συντριμμιών που είναι πιθανό να κρύβονται στον κατάλογο WISE, τι πρέπει να κάνει ένας επιστήμονας;
«Είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς τόσο μεγάλο μέρος της σύγχρονης αστρονομίας περιλαμβάνει την αναζήτηση τεράστιων συνόλων δεδομένων για την παροιμιώδη βελόνα στα άχυρα», λέει η Meredith Hughes, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Wesleyan, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη. "Ακόμα και με αλγόριθμους μηχανικής μάθησης, είναι ακόμα δύσκολο να εκπαιδεύσουμε τους υπολογιστές να κάνουν αυτό το πολύπλοκο έργο του εντοπισμού θορυβωδών προτύπων και της παρατήρησης λεπτών αποκλίσεων από τις προσδοκίες, όπου έρχεται η συλλογική εγκεφαλική δύναμη της επιστήμης των πολιτών."
Ένα έργο με την ονομασία Disk Detective εκπαίδευσε επιστήμονες πολίτες -τακτικούς ανθρώπους που θέλουν να βοηθήσουν στην έρευνα στον ελεύθερο χρόνο τους- να βλέπουν εικόνες WISE και να τις συγκρίνουν με αυτές από άλλες αστρονομικές έρευνες, όπως το SkyMapper Southern Sky Survey, το Pan-STARRS έρευνα και το Two Micron All Sky Survey (2MASS), με στόχο την επιβεβαίωση της παρουσίας δίσκων γύρω από κάθε υποψήφιο αστέρι. Από την έναρξη του έργου το 2014, οι πολίτες επιστήμονες έχουν βρει περισσότερους από 40.000 δίσκους—δηλαδή 40.000 στιγμιότυπα της ιστορίας του τρόπου σχηματισμού των πλανητών.
Για να τα βάλουν σε μια χρονική γραμμή, ωστόσο, οι αστρονόμοι πρέπει να καταλάβουν πού ανήκει κάθε στιγμιότυπο. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες πρέπει να γνωρίζουν τις ηλικίες κάθε αστεριού και του δίσκου των συντριμμιών του. «Όταν γνωρίζουμε τις ηλικίες των αστεριών και των πλανητών, μπορούμε να τις τοποθετήσουμε σε μια σειρά - από μωρό έως έφηβο έως ενήλικα, αν θέλετε», λέει ο Marc Kuchner, αστροφυσικός της NASA και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης. "Αυτό μας επιτρέπει να κατανοήσουμε πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται."
Η καταγραφή της ηλικίας ενός αστεριού με οποιαδήποτε ουσιαστική ακρίβεια είναι ένα διαβόητο δύσκολο πρόβλημα στην αστρονομία. Μια λύση είναι να ταιριάξετε ένα αστέρι με τα αδέρφια του, σε μια ένωση γνωστή ως κινούμενη ομάδα. Τα αστέρια σχηματίζονται συχνά σε σμήνη από ένα γιγάντιο νέφος αερίου, αλλά πολλές από αυτές τις κάποτε στενές αστρικές οικογένειες απομακρύνονται καθώς γερνούν, με τα μεμονωμένα μέλη τους να απλώνονται στον Γαλαξία μας. Μετρώντας προσεκτικά τις θέσεις και τις ταχύτητες των αστεριών, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν ποια αστέρια εμφανίζουν τις ενδεικτικές κινήσεις που, ανιχνευόμενες προς τα πίσω, αποκαλύπτουν ότι γεννήθηκαν συλλογικά στον ίδιο χρόνο και τόπο. Από τη στιγμή που οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι τα αστέρια μιας ομάδας σχετίζονται, είναι εύκολο να υπολογίσουν την ηλικία τους με βάση την καθιερωμένη γνώση για το πώς μεγαλώνουν και εξελίσσονται τα αστέρια.
Η εύρεση νέων μελών της ομάδας που κινούνται δεν είναι εύκολη. Για να το κάνουν αυτό, οι αστρονόμοι βασίζονται παραδοσιακά στην ανάλυση προϋπαρχουσών λιστών αστεριών σε κινούμενες ομάδες, επισημαίνοντας πιθανά νέα μέλη μέσω εξελιγμένων μαθηματικών μοντέλων. Η ομάδα πίσω από το νέο έργο ήθελε να δοκιμάσει κάτι διαφορετικό και πιο σπλαχνικό:χρησιμοποίησε ένα πρόγραμμα VR για μεγέθυνση γύρω από τα αστέρια και να αποκτήσει μια πιο ξεκάθαρη, τρισδιάστατη προοπτική για το πώς κινούνται τα πράγματα.
«Σκέφτηκα ότι θα τρόμαζα [τους επιστήμονες VR της NASA] όταν είπα ότι ήθελα να οπτικοποιήσω τις θέσεις και τις ταχύτητες τεσσάρων εκατομμυρίων αστεριών», λέει ο Kuchner. «Αλλά δεν χτύπησαν βλεφαρίδα!» Για να δημιουργήσει αυτό το εικονικό αστρικό κερατοειδή, η ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα από τη Gaia, έναν δορυφόρο της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας που παρέχει τις καλύτερες διαθέσιμες μετρήσεις για τις θέσεις και τις ταχύτητες των αστεριών στον γαλαξία μας. Η προσομοίωση VR που προέκυψε χρησίμευσε επίσης ως ένα είδος χρονομηχανής—η γνώση του πόσο γρήγορα και προς ποια κατεύθυνση κινούνταν ένα αστέρι επέτρεψε στον Kuchner και στους συνεργάτες του να εντοπίσουν την κίνησή του προς τα πίσω και προς τα εμπρός στο χρόνο.
Ενώ υπηρετούσε ως επισκέπτης ερευνητής στη NASA, η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Susan Higashio δέθηκε με ένα ακουστικό VR για να πετάξει γύρω από τα εκατομμύρια αστέρια της προσομοίωσης. Εξέτασε πού βρίσκονταν τα αστέρια με δίσκους σε σχέση με γνωστές κινούμενες ομάδες και παρέκτασε τις κινήσεις των αστεριών προς τα εμπρός και προς τα πίσω στο χρόνο για να ελέγξει τις πιθανές συσχετίσεις τους. «Ήταν τόσο συναρπαστικό όταν εμφανίστηκαν τα τέσσερα εκατομμύρια αστέρια στο VR, αλλά ένιωσα λίγο ίλιγγο όταν όλοι άρχισαν να στροβιλίζονται γύρω μου», θυμάται. "Ήταν ένας πραγματικά διασκεδαστικός και διαδραστικός τρόπος για τη διεξαγωγή της επιστήμης."
Ο Higashio εντόπισε 10 από τους δίσκους συντριμμιών από το Disk Detective πίσω στις οικογένειες των κινούμενων ομάδων τους. Στη συνέχεια, η ομάδα βρήκε τις εκτιμώμενες ηλικίες αυτών των δίσκων, οι οποίες κυμαίνονταν από 18 εκατομμύρια έως 133 εκατομμύρια χρόνια. Όλοι τους ήταν εξαιρετικά νέοι, σε σύγκριση με το ηλιακό μας σύστημα, το οποίο είναι περίπου 4,5 δισεκατομμυρίων ετών. Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης μια εντελώς νέα κινούμενη ομάδα που ονομάζεται Smethells 165, από το πιο λαμπρό αστέρι της. "Όποτε βρίσκουμε μια νέα κινούμενη ομάδα, αυτή είναι μια νέα παρτίδα αστεριών των οποίων τις ηλικίες γνωρίζουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια", εξηγεί ο Kuchner.
Οι αστρονόμοι βρήκαν επίσης έναν περίεργο, ακραίο δίσκο συντριμμιών γύρω από ένα αστέρι με το παρατσούκλι J0925 που δεν ταιριάζει απόλυτα στην αναμενόμενη χρονική γραμμή σχηματισμού πλανητών. Είναι πολύ πιο φωτεινό στο υπέρυθρο - που σημαίνει ότι έχει περισσότερη σκόνη - από ό,τι αναμενόταν για ένα αστέρι της ηλικίας του. Καθώς οι δίσκοι των συντριμμιών γερνούν, μέρος της σκόνης τους μπαίνει σπειροειδώς στο αστέρι ή παρασύρεται από τους αστρικούς ανέμους. Το J0925, ωστόσο, φαίνεται να έχει μόλις μια νέα παράδοση καυτής σκόνης, πιθανώς από μια πρόσφατη σύγκρουση μεταξύ δύο πρωτοπλανήτων. Ο Χιουζ τονίζει αυτό το αστέρι ως το πιο ενδιαφέρον αντικείμενο που αποκαλύφθηκε στη μελέτη. "Οι δίσκοι ακραίων συντριμμιών εξακολουθούν να είναι λίγο μυστηριώδεις, αλλά είναι πιθανώς παρόμοιοι με αυτό που θα έμοιαζε το ηλιακό μας σύστημα κατά τη διάρκεια της γιγαντιαίας πρόσκρουσης που σχημάτισε το φεγγάρι της Γης."
Το έργο του Disk Detective στον τομέα της επιστήμης των πολιτών είναι ακόμη σε εξέλιξη, τώρα αναβαθμισμένο για να χρησιμοποιεί την πιο πρόσφατη παρτίδα δεδομένων της Gaia. Η ομάδα ελπίζει να εντοπίσει ακόμη περισσότερα μέλη κινούμενων ομάδων και νέων δίσκων με τη μοναδική τους μέθοδο VR. Η Λίζα Στίλερ, μία από τις πολλές επιστήμονες πολίτες, συν-συγγραφείς της μελέτης, προσφέρει ενθάρρυνση για τους υποψήφιους εθελοντές. «Μη διστάσετε να βοηθήσετε σε ένα έργο επιστήμης των πολιτών», λέει. "Η βοήθειά σας θα χρειαστεί με όποια μορφή και αν επιλέξετε να αφιερώσετε τον εαυτό σας."
Οποιοσδήποτε έχει σύνδεση στο Διαδίκτυο μπορεί ακόμα να συμμετάσχει στο έργο Disk Detective, χωρίς να απαιτείται εμπειρία. «Περισσότεροι από 30.000 πολίτες επιστήμονες έχουν συνεισφέρει», λέει ο Kuchner. "Οι ντετέκτιβ του δίσκου εξακολουθούν να εργάζονται μέσα από εκατοντάδες χιλιάδες εικόνες WISE—χρειαζόμαστε ακόμα τη βοήθειά σας."
