Citizen Science: Projects & Collaboration

Disk Detective, ein Citizen-Science-Projekt, das sich der Identifizierung planetenbildender Scheiben um junge Sterne widmet, berichtet auf dem Treffen der American Astronomical Society über seine neuesten Ergebnisse.

Die schiere Fülle an Daten, die aktuelle Missionen generieren, kann professionelle Astronomen überwältigen, sodass sich Forschungsgruppen in den letzten zehn Jahren zunehmend auf Citizen Scientists verlassen haben. Ein Projekt, das die Aufmerksamkeit und Begeisterung der breiten Öffentlichkeit auf sich zieht, ist Disk Detectives. Hier erforschen Citizen Scientists die Orte der Planetenentstehung um Sterne herum, was zu Ergebnissen führte, die auf dem 240. Treffen der American Astronomical Society in Pasadena, Kalifornien, veröffentlicht wurden.

Exoplaneten im Entstehen

Planeten bilden sich in protoplanetaren Scheiben, Frisbee-ähnlichen Strukturen aus wirbelndem Gas und Staub um junge Sterne; Sobald die sich entwickelnden Sterne das Gas wegblasen, bleiben Trümmerscheiben aus Staub und kleinen Körpern zurück. (Wir haben unsere eigene Trümmerscheibe, den Kuipergürtel, und wir sehen den übrig gebliebenen Staub von der Entstehung unseres Sonnensystems in Form des Tierkreislichts.)

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array dieser Europäischen Südsternwarte zeigt die protoplanetare Scheibe, die den jungen Stern HL Tauri umgibt. Die in diesen Beobachtungen aufgedeckten Lücken zeigen mögliche Positionen von Planeten, die sich im System bilden. ALMA/ESO/NAOJ/NRAO

Der Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA hat zur Entdeckung von Zehntausenden von Disk-Kandidaten unter 2 Milliarden Objekten geführt, die auf ihre Klassifizierung warten. Aber wie geht eine Forschungsgruppe mit begrenzten Ressourcen und Zeit vor, um Unmengen von Daten nach geeigneten Kandidaten zu durchsuchen?

Geben Sie den Disk Detective ein

Bereits 2011 interviewte Marc Kuchner (NASA Goddard Space Flight Center) Chris Lintott, den Hauptforscher von Zooniverse, für ein Buch. Inspiriert schlug Kuchner ein Projekt zur Suche nach Trümmerscheiben vor, das 2014 gestartet wurde und bis 2019 lief.

Jetzt, nach einer kurzen Pause, ist Disk Detective 2.0 wieder online mit mehr Daten von WISE sowie Daten von der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation und dem Panoramic Survey Telescope und Rapid Response System.

Scheibendetektive identifizieren Scheibenkandidaten, indem sie nach Quellen suchen, die mehr Infrarotlicht als erwartet zeigen, die Signatur von warmem Gas und Staub um den Stern. Die Citizen Scientists wählen nicht nur brauchbare Festplattenkandidaten aus, sondern sortieren auch Fehlalarme aus, die von Rauschen und Bildartefakten stammen.

Mehr als 30.000 Mitglieder der Öffentlichkeit haben zu dem Projekt beigetragen, darunter 107 „Superuser“. Zusammen haben diese Detektive mehr als 50.000 Disk-Kandidaten identifiziert. „Mit anderen Worten, unsere Festplattenkandidaten belaufen sich auf etwa eine pro 40.000 Quellen, die WISE gesehen hat“, sagt Kuchner.

Aber der Disk Detective produziert so viele Kandidaten, dass diese Daten wiederum überwältigend sein können. Daher verwendete ein Team unter der Leitung von Susan Higashio (NASA Goddard Space Flight Center) die benutzerdefinierte Virtual-Reality-Software PointCloudsVR, die von Thomas Grubb entwickelt und von Matthew Brandt (ebenfalls bei NASA GSFC) entworfen wurde, um es Wissenschaftlern zu ermöglichen, die Daten auf neuartige Weise zu untersuchen.

Susan Higashio verwendet VR, um junge Umzugsgruppen zu identifizierenHigashio fliegt in der virtuellen Realität durch die Milchstraße. In dieser Umgebung ist jeder Stern ein beschrifteter Punkt, der mit Positions- und Geschwindigkeitsinformationen von Gaia codiert ist. Die Software simuliert 3D-Bewegungen von Sternen. Die 40.000 Sterne mit Disk-Kandidaten, die von Disk Detectives gefunden wurden, sind farbcodiert, sodass Higashio überprüfen kann, ob einer von ihnen mit jungen Gruppen von Sternen übereinstimmt. Higashio sagt, dass „virtuelle Realität definitiv eine unterhaltsame und interaktive Art ist, Wissenschaft zu betreiben!“ NASA / Matthew Brandt

Insbesondere zielte Higashio auf Assoziationen von Sternen ab, die alle aus derselben Sternentstehungsregion stammen und daher alle dasselbe Alter haben. Das Studium von Scheiben in solchen Assoziationen hilft dabei, die Zeitachse der Planetenentstehung festzulegen.

„In der virtuellen Realität tauchen Sie in die Szene ein, wo es einfacher ist, die Positionen von Sternen zu sehen, und Sie können die Szene vergrößern und verkleinern und drehen, um eine 360-Grad-Ansicht zu erhalten“, sagt Higashio, Hauptautor der Team’s Paper, das im Astrophysical Journal erscheinen soll. „Es kann einfacher sein, diese Gruppen zu erkennen.“

Evolution der protoplanetaren Scheibe zur TrümmerscheibeDie Darstellung dieses Künstlers zeigt die Entwicklung von einer protoplanetaren Scheibe zu einer Trümmerscheibe um einen jungen Stern, ein Prozess, der Millionen von Jahren dauert. Oben rechts ist die protoplanetare Scheibe hell und voller Staub. Es dauert ungefähr 10 Millionen Jahre, bis die Planeten zusammenwachsen und ihre Wege durch den Staub bahnen. Wenn die Strahlung des Sterns zunimmt, entwickelt sich die protoplanetare Scheibe schließlich zu einer Trümmerscheibe. Disk Detectives suchen nach dem überschüssigen Infrarotlicht, das beide Arten von Disks kennzeichnet. NASA/JPL-Caltech

Mithilfe dieser Technologie identifizierten Higashio und Kollegen 10 Disk Detective-Ziele, die zu Sternassoziationen gehörten, was es den Forschern wiederum ermöglichte, das Alter der Sterne auf 18 bis 133 Millionen Jahre genau zu bestimmen. „Jetzt können wir sie in eine zeitliche Abfolge bringen, und sie werden Teil der Geschichte, wie sich Scheiben bilden und entwickeln und wie Planeten entstehen und sich entwickeln“, sagt Kuchner.

Beteilige dich am Spaß

Zu den weiteren aufregenden Entdeckungen des Disk Detective-Projekts gehören ein seltsamer Stern – seine Scheibe scheint für sein Alter viel zu viel Staub zu enthalten – und eine neue junge Sterngruppe schwacher M-Zwerge. Citizen Scientist Lisa Stiller sagt: „Es ist aufregend, dass wir Virtual Reality nutzen könnten, um dabei zu helfen, die Bewegungen der Sterne im Laufe der Zeit und in mehreren Dimensionen zu bewerten.“

Sie können dem Team auf der Disk Detective-Website beitreten. Alle Citizen Scientists, die Disk-Kandidaten in der wissenschaftlichen Literatur recherchieren, werden als Koautoren von Zeitschriftenartikeln aufgenommen. Laut Kuchner haben einige dabei Tausende von Sternen gelesen. Stiller lädt alle ein, sich am Spaß der Teilnahme an Spitzenforschung zu beteiligen: „Wir heißen andere herzlich willkommen, sich Disk Detective anzuschließen und dabei zu helfen, Sterne zu finden, die eine Scheibe haben!“


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