Die Wissenschaft hinter den Quallen-Galaxien

Warum überhaupt Quallen-Galaxien studieren?

Galaxien sind oft ein Teil größerer Gruppen, sogenannten Galaxienhaufen. Diese Haufen wiederum sind typischerweise von sehr dünnem Gas erfüllt. Schon seit längerem waren Astronom*innen davon ausgegangen, dass Galaxien, die sich durch einen solchen Haufen bewegen, dabei eine Art "Fahrtwind" spüren. Vor etwas mehr als zehn Jahren wurde dann erstmals beobachtet, was inzwischen "Quallen-Galaxie" heißt: eine Galaxie, auf die der Fahrtwind so starke Auswirkungen hatte, dass ihr Gas nun hinter ihr herströmt – analog dazu, wie lange Haare, oder ein Schal, hinter einer Person herflattern, die auf einem Fahrrad oder Motorrad fährt. Quallen-Galaxien sind selten, aber inzwischen haben großangelegte Durchmusterungen mehr als ein Dutzend Exemplare identifiziert.

Wir würden gerne mehr über solche Galaxien herausfinden. Aber erst im letzten Jahrzehnt sind Computersimulationen der kosmischen Evolution so detailgetreu geworden, dass sie uns zeigen können, wie Quallen-Galaxien entstehen (siehe den Abschnitt "Forschung"). Deswegen können wir erst jetzt im Detail untersuchen, wie sich Quallen-Galaxien bilden – und dazu brauchen wir Ihre/eure Hilfe!

Warum simulierte Galaxien klassifizieren, und nicht Beobachtungen?

Klar, letztlich möchte man beides tun. Unser Team hat sich allerdings auf Simulationen spezialisiert. Diese Simulationen helfen uns zu verstehen, was beobachtende Astronom*innen in unserem Kosmos sehen. Ein wichtiges Beispiel: Galaxien entwickeln sich sehr langsam weiter. Sie verändern sich über hunderte von Millionen Jahren oder sogar über Milliarden Jahre hinweg. Mit Beobachtungen können wir solche Entwicklungen also nicht direkt verfolgen. In unseren Simulationen dagegen haben wir alle Informationen darüber, wie sich Galaxien und ihre Umgebungen mit der Zeit verändern, direkt zur Verfügung.

Seit etwas zehn Jahren geben Computersimulationen so kleine Details der simulierten Universen wieder, dass sie auch Gasströme wie diejenigen modellieren können, die Quallen-Galaxien hinter sich herziehen. Eine der größten und detailreichsten Simulationen ist dabei die IllustrisTNG-Simulation, an der auch unsere Gruppe beeteiligt ist. In dieser Simulation haben wir ein virtuelles Universum geschaffen, das denselben physikalischen Gesetzen folgt wie unser eigenes. In diesem Universum entstehen Sterne und Galaxien. Aber bevor wir untersuchen können, was uns unsere Simulation über die Entstehungsgeschichte von Quallen-Galaxien sagen kann, müssen wir erst einmal herausfinden, bei welchen der tausenden von Galaxien in unserem Universum es sich überhaupt um Quallen-Galaxien handelt! Genau dabei benötigen wir Ihre/eure Hilfe.

Sobald wir wissen, welche der virtuellen Galaxien wie Quallen aussehen, untersuchen wir genau jene Galaxien genauer. Wir schauen uns an, wie sie entstanden sind und wie sie ihr quallenartiges Aussehen bekommen haben – und vergleichen das mit der Geschichte von Galaxien, die keine Quallen-Galaxien sind.

Über die Bilder:

Was zeigen die Bilder?

Jedes Bild zeigt eine oder mehrere Galaxien aus einer Simulation. Die Blickrichtung wurde dabei zufällig gewählt. So ist es ja auch bei astronomischen Beobachtungen: Wir sehen ein Objekt immer in einer ganz bestimmten Orientierung. Jedes Bild zeigt die Verteilung von Gas und Sternen innerhalb und um eine Galaxie. Die Galaxie, die uns interessiert, befindet sich immer in der Mitte der Abbildung.

Wie viele Galaxien gibt es in diesem Projekt?

Es gibt insgesamt fast 38.000 Galaxien, die klassifiziert werden müssen.

Woher stammen die Bilder?

Die Bilder in diesem Projekt stammen nicht aus astronomischen Himmelsbeobachtungen, sondern aus kosmologischen Simulationen. Wir sind Teil des Teams, das die Simulationsreihe IllustrisTNG erstellt hat. Weitere Details finden Sie im Abschnitt "Forschung".

Was sind die dicken weißen Linien in den Bildern? Warum sind auf den Bildern keine Sterne zu sehen?

Die dicken weißen Linien sind sogenannte Konturlinien. Die innerste Konturlinie zeigt die Form des Gebiets mit der höchsten Dichte an Sternen an. Die weiteren Konturlinien zeigen Abstufungen der Sterndichte an, hin zu immerer geringerer Sterndichte. Auf diese Weise zeigen die Konturlinien, wie die Sterne in der betreffenden Galaxie verteilt sind. Die Dichte ist dabei jeweils auf den dargestellten Himmelsabschnitt projiziert. Es zählt jeweils, wieviele Sterne der Galaxie in der betreffenden Blickrichtung zu sehen sind.

Was stellen die Farben in den Bildern dar?

Die Farben zeigen die Dichte des Gases der Galaxie an. Dabei steht gelb für eine hohe Gasdichte, blau für eine niedrige Gasdichte. Genau genommen geht es um die projizierte Gasdichte, also darum, wieviel Gas der Galaxie wir als Beobachter*innen in der entsprechenden Blickrichtung am Himmel sehen.

Normalerweise sieht man innerhalb der Galaxie und in ihrer direkten Umgebung hauptsächlich gelbe, orange oder magentafarbene Flächen. Solche Galaxien enthalten eben eine Menge an Gas! Blaue Flächen entsprechen dann schon einer deutlich geringeren Gasmenge. Üblicherweise sind das Flächen in einiger Entfernung von einer Galaxie. Aber manchmal ist auch einfach das ganze Bild voller Gas!

Über die Klassifizierung:

Gibt es einen Schulungskurs?

Es gibt keine separate Schulung. Stattdessen werden Ihnen, wenn Sie zum ersten Mal mit der Klassifizierung der Bilder beginnen, einige Bilder gezeigt, die bereits von unserem Team in einer Pilotstudie identifiziert worden sind. Einige der betreffenden Galaxien sind Quallen-Galaxien, andere nicht. Wenn Sie solche "Trainingsbilder" klassifiziert haben, dann erhalten Sie eine direkte Rückmeldung zu Ihrer Klassifizierung. Während Sie selbst mit der Zeit Routine im Klassifizieren gewinnen, kommen solche Trainingsbilder aber immer seltener vor.

Ich soll entscheiden, ob eine Galaxie wie eine Qualle aussieht. Was ist damit gemeint?

Kurz gesagt, wollen wir eigentlich nur wissen, ob Sie denken, dass die Form der farbigen Flächen im Bild Sie an eine Qualle im Meer erinnert. Typische Merkmale für die Bestimmung dieser Ähnlichkeit sind das Vorhandensein eines Schwanzes und die Richtung des Schwanzes. Weitere Informationen und Beispiele finden Sie auf der Registerkarte "Tutorial" auf der Klassifizierungsseite. Weitere Informationen und Beispiele finden Sie auf der Registerkarte "Tutorial" auf der Klassifizierungsseite. Die gleichen Informationen finden Sie auch im "Field Guide" und im Bereich Forschung.

Ich sehe viele Objekte in einem einzigen Bild: Worauf sollte ich mich konzentrieren?

Unsere Frage bezieht sich immer auf die Galaxie in der Bildmitte.

Ich bin mir nicht sicher, ob eine Galaxie wie eine Qualle aussieht oder nicht: was soll ich tun?

Zunächst einmal: Keine Sorge! Es gibt in vielen Fällen keine richtige oder falsche Antwort. Jedes Galaxienbild wird von einer Reihe verschiedener Teilnehmer:innen klassifiziert. Wir sammeln die Antworten und werten sie statistisch aus. Wenn Sie sich bei einem bestimmten Objekt nicht sicher sind, werden sich wahrscheinlich auch andere Personen unsicher fühlen. Statistisch gesehen werden wir dennoch in der Lage sein, zwischen Galaxien zu unterscheiden, die mit Sicherheit einer Qualle ähnlich sehen, und solchen, die es mit Sicherheit nicht tun.

Wenn ich denke, dass ich einen Fehler gemacht habe, kann ich meine Antwort ändern?

Es gibt keine Möglichkeit, dass Sie Ihre Antwort direkt ändern können, wenn Sie einen Fehler machen. Aber machen Sie sich keine Sorgen, wenn Sie es nicht tun. In der Tat kann es sogar sein, dass Ihnen beim Durchklicken dieselbe Galaxie zweimal gezeigt wird: Angesichts der großen Anzahl von Bildern ist es jedoch unwahrscheinlich, dass Sie zur selben Galaxie zurückgehen und so Ihre Antwort ändern können. Wir ziehen es vor, dass Sie sich neue und unterschiedliche Bilder ansehen, anstatt sich über ein einzelnes Bild Gedanken zu machen.

Ich scheine nicht viele Quallen-Galaxien zu finden: Mache ich etwas falsch?

Nein, und machen Sie sich keine Sorgen wegen Ihrer Antworten. Tatsächlich sind Quallen-Galaxien vergleichsweise selten. Die meisten Galaxien, denen Sie hier begegnen werden, werden keine Quallen-Galaxien sein (obwohl sie aus anderen Gründen sehr interessant sein können!). Wenn Sie sich jedoch bei der Klassifizierung nicht sicher sind, sollten Sie das "Tutorial" nutzen, um besser zu verstehen, wonach wir suchen.

In manchen Bildern sehe ich überall Gas: was soll ich mir da anschauen?

Solche Bilder gibt es in der Tat: überall farbige Flächen, die Gas darstellen, und insgesamt ein großes Durcheinander. In diesen Fällen konzentrieren Sie sich bitte auf das Objekt in der Mitte des Bildes und schauen Sie, ob Sie Gas identifizieren können, das mit diesem Objekt in direkter Verbindung zu stehen scheint (d.h. an den weißen Konturen hängt): gehen Sie also nach den üblichen Anweisungen vor, wie sie z.B. im "Tutorial" zu finden sind. Manchmal ist es jedoch unmöglich zu sagen, ob die zentrale Galaxie wie eine Qualle aussieht. Dies ist für uns kein Thema. Wenn Sie unsicher sind, kennzeichnen Sie diese Galaxien als Nicht-Quallen.

Wie kann ich mehr Informationen über die Klassifizierung erhalten?

Sie finden Informationen über die Klassifikation und viele Beispiele im "Tutorial" (während der Klassifikation aufrufbar), im "Benutzerhandbuch" (ganz rechts auf der Seite anklickbar) sowie im Abschnitt "Forschung" (Unterabschnitt von "Über" im Menü oben auf der Seite).

Wie werden Sie meine Antworten verwenden?

Ihre Antworten werden statistisch ausgewertet. Am Ende haben wir einen Katalog, der uns für alle Galaxien eine Wahrscheinlichkeit dafür angibt, dass jene Galaxie wie eine Qualle aussieht.

Mit dieser Information erkunden wir dann den Ursprung, die Entwicklung, die Eigenschaften und die Umgebung derjenigen Galaxien, die wie Quallen aussehen – und wir vergleichen sie mit Galaxien, die definitiv nicht wie Quallen aussehen. Das hilft uns zu verstehen, wie Quallen-Galaxien entstehen, und warum andere Galaxien im Laufe ihrer Entwicklung nicht zu Quallen werden. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen werden wir als Fachartikel in wissenschaftlichen Fachzeitschriften mit Peer-Review veröffentlichen.

Technische Probleme:

Es gibt so viele Bilder zum Klassifizieren – gibt es eine einfache Möglichkeit, meine Antwort zu geben, ohne die Maus zu benutzen?

Ja! Unserer Erfahrung nach geht die Klassifizierung am schnellsten, wenn Sie die Tastatur verwenden. Sie können durch die "Ja"- oder "Nein"-Antworten navigieren, indem Sie die Tabulatortaste drücken, und Sie können zum nächsten Bild übergehen, indem Sie die Leertaste drücken.

Kann ich die Klassifizierung von meinem Handy aus durchführen?

Ja, das können Sie! Ohne zusätzliche Anwendungen zu installieren, können Sie dieses Projekt einfach mit einem Browser auf Ihrem Handy besuchen und Quallen-Galaxien genau so klassifizieren, wie Sie es auf Ihrem Computer tun würden. In der Tat können Sie die Bilder mit Ihrem Handy in vielen Fällen wahrscheinlich besonders schnell und bequem klassifizieren!