天文学者は、望遠鏡、人工衛星、惑星間探査機など、宇宙を研究するための多くのツールを持っています。謙虚な人間の目もこのツールキットの重要な部分であり、アルゴリズムが見逃すパターンや異常を発見できることがよくあります。そして、私たちのビジョンの精査力は、仮想現実 (VR) と、インターネットのクラウドソーシングの力のおかげで、協力して働く何千もの目によって最近強化されました.
NASA のゴダード宇宙飛行センターの研究者は最近、塵の多い破片円盤に囲まれた 10 個の星の発見を発表しました。これは、惑星形成の初期段階の後に残ったガス、塵、岩石の渦巻く塊です。この結果は、VR と市民科学者の支援によって可能になり、最近 Astrophysical Journal に掲載されました。 .この発見は、天文学者が惑星系がどのように構築されているかの時系列をまとめるのに役立つ可能性があります.
破片円盤は、惑星形成のさまざまな段階を網羅しています。その中には、誕生の乱雑で混沌としたプロセスから、世界がまだ破片に埋め込まれている若い時代が含まれます。天文学者はいくつかを直接見ることができましたが、これらの若い惑星のほとんどは現在の望遠鏡では到達できません。惑星系の形成には何百万年もかかるため、観察者が目にするそれぞれのデブリ ディスクは、その系の生命の一瞬の短いスナップショットにすぎません。全貌を明らかにするために、天文学者は、進化のさまざまな段階にある多くの円盤をまとった惑星系を検索し、複数のスナップショットを収集して時系列でつなぎ合わせます。
破片円盤を探すために、観測者は通常、赤外線で特に明るく見える星を探すことから始めます。その異常な明るさは、通常、星の周りの円盤内の星明かりで暖められた塵の過多に起因します。 NASA の赤外線望遠鏡 WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) は全天を調査し、いくつかの点で星の赤外線測定のこれまでで最も包括的なカタログを作成しました。何万ものデータ ポイントを分析し、WISE カタログ内に多くのデブリ ディスクが隠されている可能性があるため、科学者は何をすべきでしょうか?
ウェスリアン大学の天文学者であるメレディス・ヒューズは、この研究には関与していませんが、「これは、現代の天文学の多くが干し草の山にあることわざの針を探すために大量のデータセットを検索することを含む方法の良い例です」と述べています。 「機械学習アルゴリズムを使用しても、ノイズの多いパターンを識別し、期待からの微妙な逸脱に気付くという複雑な作業を行うようにコンピューターをトレーニングすることは依然として困難であり、市民科学の集合的な知力が必要な場所です。」
Disk Detective と呼ばれるプロジェクトは、市民科学者 (空き時間に研究を手伝いたい一般の人々) に、WISE 画像を見て、SkyMapper サザン スカイ サーベイ、Pan-STARRS などの他の天文調査の画像と比較するように訓練しました。各候補星の周りの円盤の存在を確認することを目的とした、サーベイおよび 2 ミクロン全天サーベイ (2MASS)。 2014 年のプロジェクトの開始以来、市民科学者は 40,000 を超えるディスクを発見しました。これは、惑星がどのように形成されたかの歴史の 40,000 のスナップショットです。
ただし、これらをタイムラインに入れるには、天文学者は各スナップショットがどこに属しているかを把握する必要があります。言い換えれば、科学者は各星とその破片円盤の年齢を知る必要があります。 NASA の天体物理学者であり、新しい研究の共著者であるマーク・クフナーは、「恒星や惑星の年齢がわかれば、必要に応じて、赤ちゃんから 10 代、大人の順に並べることができます」と述べています。 「これにより、それらがどのように形成され、進化するかを理解することができます。」
かなりの精度で恒星の年齢を特定することは、天文学では非常に難しい問題です。解決策の 1 つは、移動グループと呼ばれる関連付けで、星をその兄弟と一致させることです。多くの場合、星は 1 つの巨大なガス雲からクラスターを形成しますが、これらのかつて近くにあった星の家族の多くは、年をとるにつれて離れていき、個々のメンバーが天の川全体に広がっています。星の位置と速度を注意深く測定することで、研究者は、どの星が証拠となる動きを示しているかを特定できます。これは、逆方向にたどって、それらが同じ時間と場所で集合的に生まれたことを明らかにします。天文学者がグループ内の星が関連していることがわかれば、星がどのように成長し進化するかについての確立された知識に基づいて年齢を計算するのは簡単です。
新しい移動グループのメンバーを見つけるのは簡単ではありません。そうするために、天文学者は伝統的に、移動グループの星の既存のリストを分析し、洗練された数学的モデルを介して潜在的な新しいメンバーにフラグを立てることに依存しています。新しいプロジェクトの背後にあるチームは、何か別の、より本能的なものを試したいと考えていました。VR プログラムを使用して、星の周りをズームし、物事の動きをより明確で 3 次元の視点で捉えました。
「400 万個の星の位置と速度を視覚化したいと言ったら、[NASA の VR 科学者] を怖がらせると思いました」と Kuchner 氏は言います。 「しかし、彼らはまつげを打ちませんでした！」この仮想星の宝庫を作成するために、チームは、銀河内の星の位置と速度について利用可能な最良の測定値を提供する欧州宇宙機関の衛星であるガイアからのデータを使用しました。結果として得られた VR シミュレーションは、一種のタイム マシンとしても機能しました。星が移動する速度と方向を知ることで、Kuchner 氏と同僚はその移動を時間的に前後に追跡することができました。
NASA で客員研究員を務めていたとき、研究の筆頭著者である Susan Higashio 氏は VR ヘッドセットを装着して、シミュレーションの何百万もの星々の周りを飛び回りました。彼女は、円盤のある星が既知の移動グループとの関係でどこにあるかを調べ、星の動きを時間的に前後に推定して、それらの潜在的な関連性をテストしました。 「400 万個の星が VR に現れたときはとてもわくわくしましたが、すべてが私の周りを渦巻くようになったときは少しめまいがしました」と彼女は回想します。 「科学を行うための本当に楽しくインタラクティブな方法でした。」
東尾は、円盤探偵団からの10個の破片円盤を移動グループの家族までさかのぼって追跡した。その後、チームはこれらのディスクの推定年齢を発見しました。これは、1,800 万年から 1 億 3,300 万年の範囲でした。約 45 億歳の私たちの故郷の太陽系と比較すると、それらはすべて非常に若いものでした。研究者はまた、最も明るい星にちなんで、Smethells 165 と呼ばれるまったく新しい移動グループを特定しました。 「新しい移動グループを見つけるたびに、それは年齢がより正確にわかっている星の新しいグループです」とクフナーは説明します。
天文学者たちはまた、J0925 というニックネームの付いた星の周りに、予想される惑星形成のタイム ラインに完全に適合しない、奇妙で極端なデブリ ディスクを 1 つ発見しました。赤外線で見ると、同年代の星として予想されるよりもはるかに明るく、ちりが多いことを意味します。破片円盤が古くなるにつれて、その塵の一部が星に渦巻くか、星風によって吹き飛ばされます.しかし、J0925 は、おそらく 2 つの原始惑星間の最近の衝突から、ホット ダストの新たな配送を受けたばかりのようです。 Hughes は、この星がこの研究で発見された最も興味深い天体であると強調しています。 「極端な破片円盤はまだ少し謎ですが、地球の月を形成した巨大な衝突の間に太陽系がどのように見えたかにおそらく似ています。」
Disk Detective の市民科学研究は現在も進行中であり、Gaia の最新のバッチ データを使用するようにアップグレードされています。チームは、独自の VR 手法を使用して、移動グループと新しいディスクのさらに多くのメンバーを特定したいと考えています。この研究の多くの市民科学者の共著者の 1 人であるリサ スティラーは、将来のボランティアに励ましを与えています。 「市民科学プロジェクトを手伝うことを躊躇しないでください」と彼女は言います。 「どのような形であれ、どれだけの時間をかけようとも、あなたの助けが必要になります。」
インターネットに接続できる人なら誰でも Disk Detective プロジェクトに参加できます。経験は必要ありません。 「30,000 人以上の市民科学者が貢献しました」と Kuchner 氏は言います。 「ディスク探偵団はまだ数十万の WISE 画像を調べています。まだあなたの助けが必要です。」
