Galaxy Zoo dla Astronomów

Ta strona ma na celu przedstawienie podstaw naukowych motywacji stojącej za projektem dla bardziej technicznej publiczności.

Być może szukasz danych - publiczne dane Galaxy Zoo są dostępne w różnych formatach tutaj.

Alternatywnie możesz przejrzeć listę artykułów opublikowanych przez zespół tutaj.

Dlaczego morfologia galaktyk jest ważna?

Po pierwsze, morfologia galaktyk jest wskaźnikiem dynamiki orbitalnej znajdujących się w niej gwiazd, ale zawiera również ślad procesów napędzających powstawanie gwiazd i aktywność nuklearną w galaktykach. Morfologia wizualna tworzy klasyfikacje, które są silnie połączone z innymi parametrami fizycznymi. Aby podać jeden przykład, obecność wielu jąder i wydłużonych pływów wskazuje, że dominującym mechanizmem napędzającym formowanie się gwiazd jest trwająca fuzja. Brak takich cech oznacza również, że ewolucja galaktyki może być napędzana wolniejszymi ('wiekowymi') procesami.

Tradycyjnie morfologię wprowadzano albo przez wizualną inspekcję zdjęć galaktyk (np. Hubble 1926, de Vaucouleurs 1991, a ostatnio np. Nair and Abraham 2010 lub poprzez parametry morfologiczne takie jak stężenie, asymetria, zlepki, M20, współczynnik Giniego itp. (np. Conselice 2003, Lotz et al. 2008). Ściśle mówiąc, te parametry są 'przybliżeniami' morfologicznymi, z których każdy ma swoje własne odchylenia, które są zwykle sprawdzane i kalibrowane pod kątem kontroli wzrokowej. Podejście wizualne jest generalnie bardziej odporne na zmianę sygnału-do-szumu i rozdzielczości na zdjęciach (np. Lisker 2008), co czyni to idealną metodą określania morfologii galaktyk. Niemniej jednak parametry morfologiczne były cenne przy klasyfikowaniu dużych zbiorów danych pomiarowych, w przypadku których kontrola wzrokowa przeprowadzana przez pojedyncze osoby (lub małe grupy badaczy) może być zbyt czasochłonna.

Klasyfikacje dużych zbiorów danych sond używając Galaxy Zoo

Galaxy Zoo (Lintott et al. 2008, 2011) jest pionierem nowatorskiej metody przeprowadzania wizualnej klasyfikacji zbiorów danych z badań na dużą skalę. Z pomocą ponad pół miliona członków ogółu społeczeństwa, w ramach projektu sklasyfikowano - poprzez bezpośrednią inspekcję wizualną - całą próbkę spektroskopową Sloan Digital Sky Survey oraz wszystkie istniejące badania teleskopu Hubble'a (łącznie około 1,5 miliona galaktyk). Z ponad 40 klasyfikacjami na obiekt, Galaxy Zoo zapewnia zarówno klasyfikację wizualną, jak i związaną z nią niepewność (co jest trudne do oszacowania, jeśli istnieje tylko kilka klasyfikatorów ludzkich). Okazało się, że same klasyfikacje mają porównywalną dokładność do tych opracowanych przez ekspertów astronomów (patrz Lintott et al. 2008).

Najważniejsze momenty nauki Galaxy Zoo

Program naukowy Galaxy Zoo wniósł wkład w różnorodny zestaw tematów, w dużej mierze skupionych na pobliskim i średnio-przesuniętym ku czerwieni wszechświecie. Niektóre z ostatnich wydarzeń obejmują największe badania łączenia się galaktyk (Darg et al. 2010), pływowych galaktyk karłowatych (Kaviraj et al. 2012), pasów pyłu we wczesnych galaktykach (Kaviraj et al. 2012) i poprzeczek w dyskach galaktyk (Masters et al. 2011, 2012) w dotychczasowym pobliskim wszechświecie. Jednym z unikalnych aspektów Galaktycznego Zoo w porównaniu z automatycznymi pomiarami morfologicznymi jest możliwość nieoczekiwanych odkryć (często wspomaganych przez dyskusję prowadzoną przez wolontariuszy na Forum Galaxy Zoo). Obejmowały one odkrycie „zielonego groszku” (ang. green peas) (klasa zwartych, niezwykle gwiazdotwórczych galaktyk w lokalnym Wszechświecie; Cardamone et al. 2009) i być może najbardziej znanego „Hanny's Voorwerp” (Lintott et al. 2009) wraz z badaniem podobnych chmur gazów zjonizowanych AGN'ów (Keel et al. 2012). Dostępność dużej próbki galaktyk z informacjami o kolorze i morfologii doprowadziła do ważnego wniosku, że kolor, a nie morfologia, jest najsilniej skorelowany ze środowiskiem (Bamford et al. 2009; Skibba et al. 2009),co prowadzi do intrygujących podklas galaktyk, takich jak czerwone galaktyki spiralne (Masters et al. 2010) i niebieskie eliptyczne (Schawinski et al. 2009).

Wiele faz Galaxy Zoo

Bieżąca strona zawiera obrazy z różnych teleskopów, w tym SDSS, HST, UKIRT, VST i teleskopu CTIO 4-m Blanco. Obrazy SDSS pochodzą z DR8 i czapy południowej galaktyki, co zwiększa rozmiar próbki galaktyk w lokalnym wszechświecie o 40%. Obrazy HST pochodzą z CANDELS, największego wydobywczego programu HST. Niniejsze badanie ma na celu wykorzystanie pojawienia się Wide Field Camera 3 (WFC3), która szybko otwiera nowe okno na galaktyki z > 1 - pierwsze 50% czasu życia Wszechświata. Poprzednie obrazowanie HST w tych epokach w dużej mierze próbowało próbkę ultrafioletu ramki spoczynkowej, odkąd dostępne instrumenty pomiarowe (np. ACS) działały w optycznych długościach fal. Jednak możliwości bliskiej podczerwieni WFC3 (współczynnik 20 lepszy niż NICMOS) dostarczają nam bezprecedensowych danych optycznych galaktyk w klatkach spoczynkowych z > 1.

CANDELS używa filtrów bliskiej podczerwieni WFC3 do zobrazowania 800 minut kątowych do kwadratu łuku w ustalonych dotychczasowych polach HST (np. GOODS, COSMOS). Obrazy WFC3 w bliskiej podczerwieni są szczególnie ważne, ponieważ analizę morfologiczną najlepiej wykonywać na falach optycznych w układzie spoczynkowym, które śledzą populację gwiazd galaktyki, a nie tylko obszary formowania się gwiazd w jasnych promieniach UV.

Połączenie próbek SDSS i CANDELS Galaxy Zoo zapewni potężne narzędzie do odpowiedzi na istotne otwarte pytania, które wymagają analizy morfologicznej. Na przykład, w jakich epokach powstała sekwencja Hubble'a? Jak i kiedy powstały pierwotne sferoidy? Jaka była względna rola głównych fuzji i chwilowych procesów w napędzaniu powstawania gwiazd i wzrostu czarnych dziur we wczesnym wszechświecie?

Obrazy UKIRT pochodzą z badania Large Area Survey (LAS) w ramach UKIDSS, które zobrazowało 4000 stopni kwadratowych nieba nakładającego się na pola SDSS. Wybraliśmy wszystkie galaktyki sklasyfikowane w Galaxy Zoo 2, które miały wysokiej jakości obrazowanie UKIDSS, łącznie około 70 000 galaktyk. Obrazy pokazane na miejscu są złożeniem kolorów obrazów w paśmie Y, J i K (gdzie pasmo J wykorzystuje obserwacje rozproszone w celu poprawy rozdzielczości kątowej w tym kanale). Obrazy te pozwolą nam prześledzić morfologię jako funkcję długości fali; na przykład, czy obserwowany ułamek słupka wzrasta dla galaktyk w podczerwieni w ramce spoczynkowej.

Galaxy Zoo zawiera również niewielki zestaw obrazów SDSS, które zostały sztucznie przetworzone w celu symulacji obserwowanych efektów przesunięcia ku czerwieni. Zestaw ten wykorzystywał morfologicznie zróżnicowaną próbkę galaktyk z Galaxy Zoo 2 i został przetworzony przy użyciu kodu FERENGI (Barden, Jahnke, & Hausler 2008) do przesunięcia ku czerwieni z=1. Wyniki z tych zdjęć posłużyły jako kalibracja galaktyk w danych GZ: Hubble, ponieważ pozwoliły nam ocenić rozdzielczość i odchylenia zależne od jasności niezależnie od prawdziwej ewolucji galaktyk.

Na początku 2015 r. Do Galaxy Zoo wprowadzono trzy nowe zestawy danych. Dwa z nich pochodzą z badań Hubble'a, dla których mamy już klasyfikacje morfologiczne GZ --- GOODS i CANDELS. Nowe obrazy pokazują, jak zmiana głębokości danych (granica jasności powierzchni) wpływa na pomiary morfologiczne. Nowe obrazy CANDELS pochodzą z danych z 2 epok (które są płytsze niż dane z 5 epok już skatalogowane), a obrazy GOODS pochodzą z obrazów o pełnej głębi, uzupełniając płytkie obserwacje już wykonane w GZH. Na koniec dodaliśmy około 1000 zdjęć każdej galaktyki z SDSS w ich monochromatycznych filtrach ugriz, co pozwoli na dokładniejszy pomiar morfologii w funkcji długości fali.

The Dark Energy Camera Legacy Survey (DECaLS) to publiczne badanie obrazowe mające na celu uzupełnienie pomiarów spektroskopowych zbieranych przez różne iteracje SDSS. Używając kamery Dark Energy zamontowanej na 4-metrowym teleskopie Blanco w CTIO w Chile, zespół DECaLS obrazuje 6700 stopni kwadratowych nieba zachodzących na ślady stóp SDSS, w tym Stripe 82. Zdjęcia są robione w pasmach (g, r, z) oraz mają znacznie lepszą rozdzielczość kątową i czułość źródła punktowego niż obrazy SDSS. Obrazy DECaLS w połączeniu z morfologią Galaxy Zoo zostaną wykorzystane do kilku celów naukowych, w tym do pomiaru sekwencji Hubble'a przy niższych jasnościach, wykrywania ogonów pływowych i drobnych fuzji oraz nieoczekiwanego odkrycia rzadkich i niezwykłych obiektów. Obrazy DECaLS zostały umieszczone w Galaxy Zoo w połowie 2015 roku.

Galaxy Zoo pracuje również z najnowocześniejszymi symulowanymi obrazami galaktyk, aby przetestować modele fizyczne wchodzące w skład tych symulacji i ocenić, czy odtworzone morfologie odpowiadają tym, które są widoczne we wszechświecie. Symulacja Illustris to ogromna symulacja kosmologiczna, która śledzi zarówno ciemną materię, jak i bariony za pomocą realistycznych modeli fizycznych w ewoluujących warunkach aż do obecnego wszechświata. Galaxy Zoo klasyfikuje symulowane obrazy galaktyk powstałe w symulacjach Illustris, które wyglądają tak, jakby były obserwowane przez teleskop SDSS znajdujący się w odległości 223 Mpc (przesunięcie ku czerwieni z = 0,05). Galaktyki pojawiają się pod różnymi kątami i na kilku zestawach rzeczywistego tła nieba, co pozwala na bezpośrednie porównanie z morfologią obserwowaną w poprzednich projektach, takich jak Galaxy Zoo 2. Dane Illustris zostały umieszczone w Galaxy Zoo w połowie 2015 roku.

Kolejnym nowym źródłem obrazów jest badanie dostarczone przez Galaxy And Mass Assembly Survey. GAMA łączy dane z wielu długości fal z wielu naziemnych i kosmicznych obiektów badawczych w celu zbadania struktury galaktyk i ciemnej materii w skalach od tysięcy do milionów lat świetlnych. W szczególności, GAMA dodała cenne informacje o odległości dla prawie ćwierć miliona galaktyk poprzez obszerne badanie przesunięcia ku czerwieni na AAT. Pozwala to na bardzo dobre scharakteryzowanie środowiska galaktyk, grup i wielkoskalowej struktury, w której żyją. GAMA odniosła ostatnio korzyści z obrazów dostarczonych przez badanie Kilo-Degree Survey (KiDS) na VST ESO. Te radykalnie poprawiają się w porównaniu z SDSS, poprzednim źródłem obrazowania optycznego GAMA. Lepsza rozdzielczość i głębia pozwolą nam badać słabsze struktury w wielu innych galaktykach, pomagając nam lepiej zrozumieć powiązania między środowiskiem a przemianami morfologicznymi. Obrazy GAMA KiDS zostały po raz pierwszy dodane do Galaxy Zoo pod koniec 2016 roku.

Celem projektu Galaxy Zoo jest udzielenie odpowiedzi na różnorodne pytania naukowe, przygotowanie gruntu pod prace morfologiczne przy użyciu przyszłych instrumentów, takich jak JWST, oraz wyprodukowanie próbek morfologicznie wybranych galaktyk o wysokim przesunięciu ku czerwieni do dalszych badań przy użyciu instrumentów takich jak duże teleskopy i ALMA.