Helfen Sie uns, Galaxien zu finden, die wie Quallen aussehen!

Wir sind eine Gruppe von Forschern am Max-Planck-Institut für Astronomie und wir arbeiten daran, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Universum mit Hilfe von hochmodernen kosmologischen Simulationen zu verstehen. Für dieses Projekt sind wir daran interessiert zu verstehen, wie Galaxien mit ihrer Umgebung wechselwirken und welchen Einfluss diese Interaktionen auf ihre Entwicklung haben.

Die Idee...

Galaxien gibt es in vielen Formen und Gestalten. Eine Galaxie besteht dabei sowohl aus Sternen als auch aus Gas – und
die Anordnung und die Formen dieser beiden Anteile können sich stark voneinander unterscheiden.

In diesem Projekt sind wir an der Form des Gases in der Galaxie interessiert. In einigen Fällen weist das Gas einer Galaxie einen oder mehrere "Schweife" aus Gas auf, die vom Hauptkörper der Galaxie ausgehen und sich in eine bevorzugte Richtung erstrecken. Solche Galaxien sehen fast wie Quallen im Meer aus! Sehen Sie dazu den Film unten:

	Was verstehen wir unter Quallengalaxien?

In diesem Projekt sind wir daran interessiert, diese Arten von Galaxien zu identifizieren. Die Identifizierung von Galaxien, die wie Quallen aussehen, ist leicht mit dem Auge zu machen, aber es kann schwierig sein, dies automatisch zu tun. Helfen Sie uns, die Quallen-Galaxien unter den tausenden von Galaxien in unserer Simulation zu finden!

Wenn Sie mehr über Quallen-Galaxien wissen wollen, wie sie entstehen und warum wir sie untersuchen, lesen Sie den Abschnitt "Was sind Quallen-Galaxien und warum bilden sich Gasschweife? " unten.
 

---

Wie findet man Quallen-Galaxien?

Um Quallen-Galaxien zu untersuchen, nutzen wir Daten der kosmologischen Simulation IllustrisTNG (siehe unten, wenn Sie interessiert sind!).
Für die Klassifizierung zeigen wir Ihnen jeweils ein Bild mit einer Galaxie im Zentrum und fragen Sie: Sieht diese Galaxie wie eine Qualle aus oder nicht?

Wichtig: Klassifizieren Sie für jedes Bild nur die Galaxie in der Mitte des Bildes.

Wichtig: Achten Sie bei der Klassifizierung auf die Form des Gases: Diese wird in Farben von blau über magenta bis gelb dargestellt, um Gas mit niedriger, mittlerer und hoher Dichte anzuzeigen.

Natürlich bestehen Galaxien auch aus Sternen (tatsächlich werden sie normalerweise anhand des Lichts ihrer Sterne gefunden), und um eine Galaxie richtig zu klassifizieren, müssen Sie auch wissen, wie die Sterne verteilt sind. Wir zeigen mit dicken weißen Konturlinien, wie die Sterne in der Galaxie verteilt sind.

	Was zeigen die Bilder?

Im folgenden Film zeigen wir einige Beispiel-Klassifizierungen von Quallen-Galaxien und Galaxien, die keine Quallen-Galaxien sind. Alle diese Ergebnisse stammen aus unserer Pilotstudie.

	Beispiel-Klassifikationen

Wichtig: Quallen-Galaxien sind selten, Die meisten der Galaxien, denen Sie hier begegnen werden, werden keine Quallen-Galaxien sein (obwohl sie aus anderen Gründen sehr interessant sein können!)

---

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Lassen Sie uns Schritt für Schritt vorgehen! Wir zeigen Ihnen einige weitere Beispiele, damit Sie sich orientieren können.
 

Quallen-Galaxien

Die Galaxien in den Bildern unten sind Musterbeispiele für Quallen-Galaxien.

Denken Sie daran: Gas-Schweife können in vielen Formen und Größen auftreten!

Einige Quallen-Galaxien haben einen eher dünnen Schweif, der sich weit über den Hauptsternkörper der Galaxie hinaus erstreckt (das heißt, über den Bereich der weißen Konturlinien hinaus).

Andere Galaxien sind scheibenförmig, und der Schweif schließt flächig an den Galaxienkörper an (zum Beispiel im Bild ganz links oben).

Einige Schweife können sehr prominent erscheinen, in gelben oder orangen Farben, während andere sehr schwach (magenta oder blau) aussehen und kaum vom Hintergrund zu unterscheiden sind.

 

Galaxien, die keine Quallen-Galaxien sind

Allerdings sind Galaxien, die quallenartige Merkmale wie die oben genannten zeigen, nicht sehr häufig.
In den meisten Fällen werden Sie Karten von Galaxien sehen, die nicht einer Qualle ähneln. Dabei gibt es einige wichtige Unterschiede, die Ihnen bei der Klassifikation helfen können.

Im Folgenden haben wir Beispiele von Galaxien zusammengestellt, die unserer Einschätzung nach aus bestimmten Gründen nicht als Quallen-Galaxien identifiziert werden sollten.

 

Keine Quallen-Galaxie: Schweif fehlt!

Die folgenden Bilder zeigen Galaxien, die nicht wie eine Qualle aussehen, weil das Gas in und um ihren Körper herum ziemlich symmetrisch angeordnet ist und keine starke Asymmetrie oder Verzerrung in eine bestimmte Richtung aufweist – diese Galaxien haben keinen Gas-Schweif!

 

Keine Quallen-Galaxie: zu wenig Gas!

In einigen Fällen können Galaxien so geringe Gasmengen aufweisen, dass eine Klassifizierung gar nicht oder nur sehr schwer möglich ist.
Ein paar davon sind in den nachfolgenden Bildern zu sehen. Machen Sie sich keine Sorgen! Tun Sie einfach Ihr Bestes – entscheiden Sie anhand des Bildes bitte nach Bauchgefühl, ob jene Galaxien Ihrer Meinung nach eher einen Schweif haben und damit Quallen-Galaxien sind oder eher nicht!

 

Keine Quallen-Galaxie: Schweif ist nicht Teil der Galaxie

Manchmal ist auf dem Bild ein Schweif zu sehen, der aber nicht direkt mit dem Körper der Galaxie verbunden ist. Das ist in den hier gezeigten Bildern der Fall. Solche Galaxien sollten Sie nicht als Quallen-Galaxien klassifizieren:

 

Keine Quallen-Galaxie: Schweife, die in verschiedene Richtungen zeigen

Es kann vorkommen, dass eine Galaxie zwar deutlich sichtbares Gas besitzt, das weit über ihren Körper hinausreicht – aber es handelt sich um mehrer Schweife, die alle in unterschiedliche Richtungen zeigen.

Ein Beispiel wären Galaxien mit zwei deutlichen Schweifen, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Das sind für uns keine Quallen-Galaxien. Tatsächlich stellt sich heraus, dass für solche Anordnungen andere physikalische Phänomene im Spiel sind als die, welche uns in diesem Projekt interessieren. Einige Beispiele dafür finden Sie in den folgenden Bildern.

Wenn sie also mehrere Schweife sehen, die in verschiedene Richtungen zeigen – das sind nicht die Schweife, nach denen wir suchen! Das sind dann keine Quallen-Galaxien:

 

Keine Quallen-Galaxie: Galaxien in Gesellschaft

Eine Galaxie kommt selten allein! Manchmal ist direkt auf einem Bild zu sehen, dass eine Galaxie Gesellschaft hat. Dann sehen Sie dort zwei oder mehr getrennte Kreise aus weißen Konturlinien.

Sobald ein oder mehrere Nachbarn im Bild sind, ist die Situation noch einmal eine völlig andere. Das Vorhandensein eines nahen Nachbarn kann die Galaxie im Zentrum des Bildes beeinflussen. An diesen Fällen sind wir für unser spezielles Projekt nicht interessiert.

Daher gilt: Wenn Sie im Bild eine (oder mehrere) andere Galaxien sehen, die die Galaxie im Zentrum zu beeinflussen scheinen, klassifizieren Sie die Galaxie im Zentrum bitte nicht als Quallen-Galaxie – auch wenn sie wie eine Qualle aussehen mag.

 

Keine Quallen-Galaxie: nur ein großes Durcheinander!

Gar nicht so selten wird das Bild, das wir Ihnen zeigen, voller Gas sein. Überall Gas, in chaotischen Konfigurationen und Formen, sowohl innerhalb der mittleren Galaxie als auch um sie herum.

In diesen Fällen kann man nicht sicher sagen, ob die zentrale Galaxie wie eine Qualle aussieht. Verlassen Sie sich hier einfach auf Ihr Bauchgefühl. Wenn die mittlere Galaxie trotz des Durcheinanders darum herum wie eine Qualle aussieht, klassifizieren Sie sie als Quallen-Galaxie! Wenn Sie unsicher sind, sagen Sie einfach: dies ist keine Quallen-Galaxie.

Wichtig: Wir haben Ihnen einige Beispiele von Galaxien gegeben, die eindeutig wie Quallen aussehen, und andere, die nicht eindeutig so aussehen. Die Natur ist oft chaotisch! In vielen Fällen ist die Unterscheidung zwischen Quallen und Nicht-Quallen nicht eindeutig. Folgen Sie einfach Ihrem Bauchgefühl – Qualle oder nicht? – und machen Sie sich keine Sorgen. Jede Galaxie wird mehreren Personen zur Klassifikation vorgelegt. Am Ende interessiert uns, welche Auswahl diese Personen im Mittel getroffen haben.

Sind sich die Teilnehmer:innen bei einer bestimmten Galaxie uneinig, dann war es offenbar schwierig bis unmöglich, jene Galaxie eindeutig zu klassifizieren. Auch das ist für uns eine nützliche Information. Unsere systematische Auswertung berücksichtigt auf alle Fälle, wie einig sich die Teilnehmer:innen bei jeder der Galaxien waren.

Sie sind jetzt bereit, mit der Klassifizierung von Galaxien zu beginnen!
Wenn Sie während des Klassifizierungsprozesses Hilfe benötigen, konsultieren Sie das Tutorial oder den Feldführer-Tab auf der rechten Seite!

---

 

Was sind Quallengalaxien und warum bilden sich Gasschweife?

Was sind Quallen-Galaxien?

Beobachtungen des Nachthimmels haben gezeigt, dass Galaxien manchmal eigenartige Formen haben, mit Gasschwänzen, die aus dem Körper einer Galaxie herausragen und den Tentakeln einer Qualle ähneln.
Drei Beispiele für echte Quallen-Galaxien sind unten abgebildet. Diese Bilder wurden durch die Kombination von mindestens zwei verschiedenen Arten von Beobachtungen gewonnen - die Sterne erscheinen als eine dunstige weiße Scheibe, während das Gas zur Hervorhebung entweder rot oder blau eingefärbt wurde.

Galaxien, die Quallen ähneln, sind normalerweise Satelliten innerhalb massereicher Galaxienhaufen, nämlich Galaxien, die mit sehr großer Geschwindigkeit um massereichere Galaxien kreisen. Die Richtung des Schwanzes bzw. der Schwänze gibt diesen Galaxien den Anschein von Bewegung; in der Tat wird angenommen, dass die charakteristische "Quallen"-Form ein Ergebnis ihrer Bewegung innerhalb der gasförmigen Umgebung des Haufens ist.

ESO 137-001 (NASA)	NGC 4569 (VESTIGE)	JO204 (MUSE)

Wenn Sie mehr über die Beobachtung von Quallengalaxien erfahren wollen, schauen Sie sich die Projekte GASP und VESTIGE an.

---

 

Wie entstehen die Schwänze von Quallengalaxien?

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem schnellen Auto und fahren die Straße entlang. Wenn Sie Ihren Kopf aus dem Fenster stecken (versuchen Sie das nicht!!), werden Ihre sehr langen Haare - Sie haben in diesem Szenario lange Haare - im Wind fliegen und in eine Richtung zurückschlagen, die der Bewegung des Autos entgegengesetzt ist. Dies ist ähnlich, wie sich die Gasschweife in Galaxien bilden.

Eine Demonstration dessen zeigt das folgende einfache Simulationsbeispiel: Eine dichte Gaswolke (rot) bewegt sich von rechts nach links durch eine Region mit Gas geringer Dichte (blau). Die "Kamera" dieses Films bewegt sich mit der gleichen Anfangsgeschwindigkeit wie die Gaswolke, sie scheint sich also nicht zu bewegen.

Durch die Bewegung der Gaswolke durch das umgebende Gas erfährt sie einen Druck oder Wind, ein Phänomen, das als "Staudruck" bekannt ist (wenn Sie Ihren Kopf aus dem Fenster eines schnell fahrenden Autos stecken, ist der Wind, den Sie auf Ihrem Gesicht spüren, der Staudruck). Dieser Druck verformt die Gaswolke und führt zur Bildung von Gasschweifen, die sich hinter der Gaswolke erstrecken. Da sich die "Kamera" mit der Anfangsgeschwindigkeit der Wolke bewegt, scheint es, als ob sich die Wolke bei ihrer Verlangsamung und Verformung nach rechts bewegt - aber im stationären allgemeinen Bezugssystem bewegt sich die Wolke immer noch von rechts nach links, wenn auch langsamer.

Simulation der Gaswolkenbewegung

In Galaxien wird das Gas durch die kombinierte Gravitationskraft der Sterne und des Gases zusammengehalten. Wenn die Kraft, die der durch die Bewegung der Galaxie gebildete "Wind" (der Staudruck) ausübt, die der Gravitationskraft übersteigt, wird das Gas aus der Galaxie entfernt und bildet einen ausgedehnten Schweif. Die Sterne sind aufgrund ihrer viel höheren Dichte und relativ geringen Größe (im Vergleich zur Galaxie) nicht vom Wind betroffen. Wie Haare, die im Wind flattern, zeigen die Gasschweife die Bewegungsrichtung der Galaxie an.

Quallengalaxien können uns eine Menge über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und über die Umgebung, in der sie sich befinden, lehren. Indem wir die Details des Gas-Stripping-Prozesses studieren, können wir etwas über die Bedingungen des Gases innerhalb von Galaxien lernen, sowie über die Eigenschaften des gasförmigen Mediums um sie herum.

Das Gas in einer Galaxie ist der Treibstoff für die Bildung neuer Sterne und wenn dieses Gas entfernt wird, ist die Galaxie nicht mehr in der Lage, neue Sterne zu bilden. Das Verständnis der Prozesse, bei denen Gas entfernt werden kann, ist notwendig, um zu verstehen, warum manche Galaxien aufhören, Sterne zu bilden.

Jüngste Beobachtungen haben auch gezeigt, dass in einigen Jellyfish-Galaxien der Prozess der Sternentstehung nicht reduziert, sondern verstärkt wurde. In einigen Fällen wurden auch in den Gasschweifen selbst Hinweise auf die jüngste Sternentstehung beobachtet.

Um diese und viele andere interessante Fragen zu beantworten, wollen wir Jellyfish-Galaxien untersuchen. Aber bevor wir sie studieren können, müssen wir sie erst einmal finden!

---

 

Unser Ansatz zur wissenschaftlichen Fragestellung

Um Quallengalaxien zu untersuchen, verwenden wir numerische Modelle. Insbesondere nutzen wir die Ergebnisse der kosmologischen Simulationen der IllustrisTNG. Bei kosmologischen Simulationen wird mit Hilfe von Hochleistungscomputern ein Modell unseres Universums, beginnend mit dem Urknall, bis hin zur Gegenwart simuliert. Innerhalb dieser Simulationen bilden sich die Galaxien auf natürliche Weise aus dem Anfangszustand des Universums und als Ergebnis findet man eine vielfältige Population von Galaxien in vielen verschiedenen Formen und Größen. In den IllustrisTNG-Simulationen wurde festgestellt, dass die Galaxienpopulationen zu einem hohen Grad den Galaxien ähneln, die wir an unserem eigenen Himmel beobachten, und insbesondere wurden auch viele Quallengalaxien identifiziert.

In einer Pilotstudie, die in unserer Gruppe durchgeführt wurde, haben wir etwa 800 Jellyfish-Galaxien aus einem anfänglichen Pool von etwa 2600 Satellitengalaxien durch visuelle Klassifizierung identifiziert.Die Ergebnisse der Studie werden in der Arbeit Yun et al., 2019 vorgestellt. Wir entdeckten, dass es angesichts eines Bildes einer Galaxie relativ einfach ist, zu erkennen, ob es sich um eine Jellyfish-Galaxie handelt oder nicht - das menschliche Gehirn ist sehr gut darin, Muster zu erkennen, und wenn man weiß, wonach man suchen muss, kann eine Entscheidung in Sekundenbruchteilen getroffen werden.

Betrachten Sie die folgenden zwei Bilder als Beispiel: In den Bildern ist die Gasverteilung zweier Galaxien dargestellt - die Farben bezeichnen die Gasdichte von hoch (gelb) bis niedrig (blau), und die Verteilung der Sterne wird durch die weißen Konturen dargestellt (die 75%, 80% und 85% der Sterne einschließen). Ein kurzer Blick genügt, um die typischen Gasschwänze zu finden, die die Jellyfish-Galaxie definieren. Die Konstruktion eines automatischen Verfahrens zur Durchführung dieser Klassifizierung erwies sich jedoch als wesentlich schwieriger.

	Quallen-Galaxie	Nicht-Quallen-Galaxie

In unseren Simulationen haben wir mehrere hunderttausend (100.000er) Satellitengalaxien, die wir als Quallen klassifizieren müssen oder nicht. Und die Bewältigung einer so großen Anzahl von Objekten ist nur mit Ihrer Hilfe möglich! Sobald wir die Jellyfish-Galaxien identifiziert haben, gibt es so viel, was wir über diese Galaxien und die Art und Weise, wie sie sich bilden und entwickeln, lernen können.

Der folgende Film zeigt einige der Jellyfish-Galaxien, die wir in unserer Pilotstudie identifiziert haben - helfen Sie uns, mehr zu entdecken!

	Quallen-Galaxien aus unserer Pilotstudie