Вместе с научными волонтёрами помогаем астрофизикам построить самую большую трёхмерную карту космоса, чтобы понять, как тёмная энергия повлияла на скорость расширения Вселенной.

Всем привет — меня зовут Влад Цой. Хотя я сам и не учёный, но очень хочу сделать хотя бы небольшой вклад в исследования со всего мира. Поэтому участвую в научных экспериментах, опросах и игровых онлайн-проектах. В проекте «Люди науки» мы с коллегами рассказываем, как люди без специальных навыков могут помочь настоящим исследователям.

Композитное изображение скопления галактик Abell 1835, сделанное путём совмещения данных орбитального ренгеновского телескопа "Чандра" (фиолетовый цвет) и оптических изображений с телескопов "Хаббл" и широкоугольного телескопа в обсерватории Апачи-Пойнт. Измеряя параметры галактических кластеров, астрофизики получают возможность изучить, как тёмная энергия может влиять на расширение Вселенной. Илл.: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Alabama/A. Morandi et al; Optical: SDSS, NASA/STScI

В конце 90-х годов астрофизики заметили, что со временем Вселенная расширяется всё быстрее — с ускорением. Они предположили, что причиной тому может быть особый тип энергии, обладающий антигравитационными свойствами. Этот гипотетический тип энергии астрофизики назвали «тёмной энергией», хотя с её существованием пока вопросов куда больше чем ответов.

Поэтому и исследований в этой области сейчас довольно много. Так, в 2017 году был начат поиск тёмной энергии на телескопе Хобби-Эберли (обсерватория Мак-Доналд, США)» — эксперимент HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment). Его авторы хотят построить самую большую 3D-карту космоса. На ней будут отмечены больше миллиона галактик, находящихся в 9-11 миллиардах световых лет от нас. Такая карта позволит учёным лучше понять, с какой скоростью расширялась Вселенная в разное время и как на это повлияла тёмная энергия.

Телескоп Хобби — Эберли с диаметром главного зеркала 9,2 метра расположен в горах Дейвис, штат Техас, США. Фото: Lara Eakins/Flickr.com CC BY-NC 2.0

Получив больше миллиона снимков Вселенной, научная группа HETDEX столкнулась с проблемой: фотографий очень много и на их обработку может уйти много времени. Хотя технически анализ не очень сложный — нужно лишь отличить на изображениях далёкие галактики от близких. Собрав фотографии в единую базу, исследователи обратились за помощью к научным волонтёрам. Так появился проект Dark Energy Explorers.

Илл.: Dark Energy Explorers.

Переходим к проекту

Как и многие проекты, где требуется работать с изображениями, Dark Energy Explorers находится на портале гражданской науке Zooniverse. Отдельного сайта или приложения нет. Однако все страницы хорошо адаптированы как под компьютер, так и под смартфон. Регистрация на Zooniverse желательна — так вы сможете получать новости о проекте и общаться другими пользователями — но не обязательна.

Когда я только запустил Dark Energy Explorers, то немного запаниковал: уж слишком сложным показался интерфейс. Множество похожих фотографий, какие-то окружности и странный график.

Илл.: Dark Energy Explorers.

Но прочитав инструкцию, я понял, что передо мной один из самых простых проектов гражданской науки! Давайте быстро разберёмся, что к чему.

На телескопе Хобби-Эберли стоят 150 спектрографов — они собирают свет, излучаемый далёкими галактиками, и представляют его в виде спектров. С помощью этой информации учёные могут исследовать химический состав галактики, скорость её движения от нас или к нам и расстояние до неё.

Справа на рисунке показана реальная фотография участка неба (в центре) сделанная телескопом, на ней красным прямоугольником указана область, которая в увеличенном виде изображена вверху. Крестиком показан максимум излучения.

Теперь о кружках. На телескопе установлена система спектрографов интегрального поля, т.е. каждый спектрограф смотрит на свой участок неба через свою линзу-волокно, который и показан кружком. Такое устройство выглядит приблизительно так:

Это позволяет быстро получить спектр области неба: за один раз  – 150 участков. Иначе на каждый из них пришлось бы наводить спектрограф по очереди. Из всех кружков выделяют 4 самых близких к рассматриваемому объекту (крестику). Именно они окрашены цветом. Полученные ими спектры приведены слева в прямоугольниках с соответствующим цветом рамки.

Прямоугольники слева – это спектры. По горизонтальной оси отложена длина волны: более короткие длины волн слева, более длинные справа. Тёмные пиксели означают приход излучения с данной длиной волны. Чем темнее, тем интенсивнее.

В самом низу показан спектр для волокна, соответствующего максимуму излучения. По горизонтальной оси так же отложена длина волны, а по вертикали интенсивность её излучения (то, что в прямоугольниках изображено темнотой пикселя). Чёрточки – доверительный интервал – погрешность измерения.

Чёрная сплошная линия – это теоретический спектр излучения, с которым сравнивается наблюдаемый. По нему мы должны определить, реальный ли перед ним объект, т.е. собственно галактика, или нет, скажем, просто «шум» от телескопа. Если они соответствуют, значит, объект реальный — например, как здесь:

Илл.: Dark Energy Explorers.

Стоит отметить, что в базе данных Dark Energy Explorers редко встречаются фотографии с шумами, артефактами и искажениями. Но на всякий случай учёные подстраховались и оставили волонтёрам возможность проверить изображения.

Определив, что перед нами реальный объект, движемся дальше — к фотографиям. На изображениях справа мы видим сам объект, который излучает свет. Если на верхнем снимке есть маленькое (не превышающее по размеру площадь одной из окружностей) чёрное пятно или его вообще нет — значит, перед нами или далёкая галактика, или пустая область:

Илл.: Dark Energy Explorers.

Такой объект нужно отметить кнопкой “Distant Galaxy or nothing”. Если же пятно больше площади окружности, то этот объект — или близкая к нам галактика, или звезда:

Илл.: Dark Energy Explorers.

Такие объекты отмечаем кнопкой “Nearby Galaxy or Star”.

Хоть теория кажется и сложной, на практике классификация происходит очень быстро. На каждое изображение уходит в среднем не больше минуты — так что за несколько поездок в общественном транспорте число проанализированных мною объектов перевалило за сотню.

Во время этих космических путешествий я сделал несколько скриншотов любопытных, на мой взгляд, объектов. Что это такое — вы легко определите и сами.

Илл.: Dark Energy Explorers.

Итоги

Dark Energy Explorers — не тот проект, который может развлечь пользователя. Вся его механика заключается в том, чтобы разглядывать изображения и нажимать на одну из двух кнопок. Очков прогресса или достижений нет. Соревновательности тоже.

Однако всего за месяц существования проекта к нему присоединились почти 2000 человек. Вместе мы сделали больше 400 000 классификаций — почти треть всей работы. Почему же Dark Energy Explorers вызывает такой интерес?

Этот проект — одна из немногих возможностей заглянуть на окраины Вселенной, уж насколько их можно так назвать. Пусть снимки чёрно-белые и низкого качества — но можете ли вы себе представить объект в миллиардах световых лет от нас? Лично мне Луна уже кажется чем-то недостижимым. А ведь до неё свет добирается всего за 1,3 секунды. Неизвестно, долетит ли когда-нибудь человечество до самых удалённых галактик, но полюбоваться ими можно уже сейчас.

И потом не стоит забывать про амбициозную миссию Dark Energy Explorers. Каждый волонтёр проекта — это исследователь космоса, который помогает составить самую масштабную карту Вселенной. Причём для этого даже не нужно покидать пределы своей комнаты. Получается, когда учёные всё-таки разгадают природу тёмной энергии, каждый участник Dark Energy Explorers сможет сказать: «В этом есть и моя заслуга». И это будет чистой правдой.