【ほしの弧】

研究目標

私たちは銀河の周囲に暗黒物質がどのように分布しているかを解明したいと思っています。
暗黒物質は目には見えず、望遠鏡で直接観測することはできません。しかし、その重力を通じて間接的に検出することができます。

暗黒物質を直接探す代わりに、恒星のような通常の物質に対して暗黒物質の重力がどのように影響したか、その兆候を探します。もしかしたら、銀河は巨大なメリーゴーランドであるとの表現をあなたも聞いたことがあるかもしれません。銀河の恒星も、馬のように銀河の中心の周りを公転しています。しかし、私たちに見えている恒星やガスの量を数えても、銀河の回転速度を今の速さで維持できるだけの重力を生むための質量には全く届きません。その残りの重力を生んでいる物質こそが暗黒物質です。暗黒物質が、銀河のメリーゴーランドを回し続けているのです！

しかし、暗黒物質の重力が通常の物質にどう影響するかを調べる最善の方法は、銀河そのものでなく、恒星ストリームと呼ばれる細く長い、銀河を公転する星による軌跡を調べることかもしれません。これらのストリームの形を研究することで、暗黒物質が銀河の周囲にどう配置されているかを知ることができます。

皆さんの助けを借りて、銀河のそばの恒星ストリームを見つけます。一緒に、宇宙全体にわたる暗黒物質の新しい地図を作り上げましょう！

私の貢献はどのように生かされますか？

大きなスケールで言えば、あなたの貢献によって銀河内の暗黒物質をマッピングする新しく強力な技法が使えるようになります。

銀河スケールにおける暗黒物質についての研究は、暗黒物質の質量により背後の光がどう曲がるかを研究する重力レンズの手法で既に今日まで多くの知見を得ています。
しかしそれでも、恒星ストリームを使う方法は独自の利点があります。

• 画像のスタッキングや複雑なモデリングが必要ありません。
• これにより、より小さな銀河やその内部領域においても、通常の物質と暗黒物質がどう相互作用するかを調べることができます。
• また、銀河団などではなく個々の銀河1つ1つについて調べることができます。

しかし、困難な課題として、ストリームの存在がそもそも 希少 であり、あったとしても 非常に淡い ことがあります。これは何十億光年先の遠方銀河を調べる際にはさらに重くのしかかる問題です。そこであなたの出番です。

ボランティアユーザーとして、皆さんには2023年に打ち上げられた欧州宇宙機関のミッション、ユークリッド宇宙望遠鏡が撮影した画像をよく見て、捉えにくい恒星ストリームを見つけてください。
このタスクはシンプルですがとても強力です。銀河の画像を見て、そこにストリームが写っているかを判断するのです。それぞれの画像は1枚を複数のボランティアが見るため、十分多くのボランティアの同意が得られたものが、ストリーム候補としてフラグ付けされます。

あなたの助けによって私たちができることを以下に紹介します。

左側が、あなたが見た銀河の画像で、真ん中がこのストリームから得られた知見、形状から分かる銀河の重力や銀河の重心位置までもが示されています。そして右側が、そこから得られた銀河内部の暗黒物質の分布のいくつかの可能性です。いくつかの形状が考えられますが、これ以外の可能性は除外できます！

科学研究はそこでは終わりません。ストリームの識別課題が終了した後、将来的に皆さんにはフォローアップタスクとして恒星ストリームの軌跡をなぞってもらおうと考えています。このアノテーションによって各ストリームの曲率を決定し、暗黒物質のマップをより正確にできます。

同様に興味深いことは、多くの銀河についての結果を組み合わせることで、銀河スケールの測定を宇宙全体の暗黒物質の宇宙スケールのモデルに繋げ、さらに大きな全体像を掴むことができることです。

皆さんの分類は、より大規模な解析パイプラインの第一歩として用います。ストリームの注釈と、その後の描画に協力いただいた後、私たちはそれぞれの銀河の暗黒物質ハローの中心位置、形状、大きさなどを物理モデルにフィッティングします。
これらの測定値は、銀河がどのように形成されたか、そして暗黒物質とは何かについての理論を検証するために重要となります。

私たちはストリーム状の構造を探すよう訓練した機械学習モデルも使用しています。
しかし、人の目のほうがより信頼でき、特に珍しいもの、複雑な例、曖昧なケースに対応には人の目の信頼度が高いです。みなさんによる結果は、よりよい訓練データセットの構築、検出アルゴリズムの改良、検証にも使用されます。

つまり、皆さんの貢献はあらゆる段階において科学に役立つことになるのです。

参加いただけると、皆さんは史上初の、恒星ストリームによる大規模暗黒物質マップの構築を手伝うことができます。これは、宇宙の見えない側面を探る全く新たな方法であり、皆さんなしで行うことはできません。