Discos de desechos planetarios descubiertos con científicos ciudadanos y realidad virtual

Los astrónomos tienen muchas herramientas para estudiar el cosmos: telescopios, satélites, naves espaciales interplanetarias y más. El humilde ojo humano también es una parte fundamental de este conjunto de herramientas, ya que a menudo puede detectar patrones o aberraciones que los algoritmos no detectan. Y el poder de escrutinio de nuestra visión se ha visto reforzado recientemente por la realidad virtual (VR), así como por miles de ojos que trabajan en conjunto gracias al poder de colaboración colectiva de Internet.

Investigadores del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA anunciaron recientemente el descubrimiento de 10 estrellas rodeadas de discos de escombros polvorientos: masas giratorias de gas, polvo y roca que quedaron después de las primeras fases de formación de planetas. Este resultado, habilitado por la realidad virtual y la ayuda de científicos ciudadanos, se publicó recientemente en el Diario astrofísico. Los resultados podría ayudar a los astrónomos a armar una línea de tiempo de cómo se construyen los sistemas planetarios.

discos de escombros varias etapas de formación de planetas, incluidas las eras juveniles en las que abarcan los mundos, todavía están incrustadas en los detritos de la procesos desordenados y caóticos de sus nacimientos. A pesar de que los astrónomos han logrado ver algunos directamente, la mayoría de estos jóvenes planetas están fuera del alcance de los telescopios actuales. Hacer un sistema planetario lleva millones de años, por lo que cada disco de escombros que ven los observadores es solo una breve instantánea de un momento en la vida de ese sistema. Para descubrir toda la historia, los astrónomos buscan muchos sistemas planetarios envueltos en discos en diferentes etapas de evolución, recopilando múltiples instantáneas para unirlas en una línea de tiempo.

Para buscar discos de escombros, los observadores suelen empezar por buscar estrellas que parezcan especialmente brillantes en el infrarrojo; ese brillo anormal generalmente proviene de un exceso de polvo calentado por la luz de las estrellas en un disco alrededor de una estrella. Telescopio infrarrojo de la NASA WISE (Explorador de encuestas infrarrojas de campo amplio) inspeccionó todo el cielo, creando lo que en algunos aspectos es el catálogo más completo hasta ahora de mediciones infrarrojas estelares. Con decenas de miles de puntos de datos para analizar y muchos discos de escombros probablemente ocultos dentro del catálogo de WISE, ¿qué debe hacer un científico?

“Es un gran ejemplo de cómo gran parte de la astronomía moderna implica buscar conjuntos de datos masivos para encontrar la proverbial aguja en el pajar”, dice meredith hughes, un astrónomo de la Universidad Wesleyan, que no participó en el estudio. “Incluso con algoritmos de aprendizaje automático, todavía es difícil entrenar a las computadoras para que realicen este trabajo complejo de identificar patrones ruidosos y notar desviaciones sutiles de las expectativas, que es donde entra en juego el poder intelectual colectivo de la ciencia ciudadana”.

Un proyecto llamado Disk Detective capacitó a científicos ciudadanos (personas regulares que quieren ayudar en la investigación en su tiempo libre) para mirar imágenes WISE y compararlas con las de otros estudios astronómicos, como el Encuesta del cielo del sur de SkyMapperla Encuesta Pan-STARRS y el Encuesta de todo el cielo de dos micras (2MASS), con el objetivo de confirmar la presencia de discos alrededor de cada estrella candidata. Desde el inicio del proyecto en 2014, los científicos ciudadanos han encontrado más de 40 000 discos, es decir, 40 000 instantáneas de la historia de cómo se forman los planetas.

Sin embargo, para ponerlos en una línea de tiempo, los astrónomos deben averiguar a dónde pertenece cada instantánea. En otras palabras, los científicos necesitan saber las edades de cada estrella y su disco de escombros. “Cuando conocemos las edades de las estrellas y los planetas, podemos ubicarlos en una secuencia, desde bebés hasta adolescentes y adultos, si lo desea”, dice marc kuchner, astrofísico de la NASA y coautor del nuevo estudio. “Eso nos permite entender cómo se forman y evolucionan”.

Determinar la edad de una estrella con una precisión sustancial es un problema notoriamente complicado en astronomía. Una solución es emparejar una estrella con sus hermanos, en una asociación conocida como grupo móvil. Las estrellas a menudo se forman en cúmulos a partir de una nube gigante de gas, pero muchas de estas familias estelares que alguna vez fueron cercanas se separan a medida que envejecen, y sus miembros individuales se extienden por la Vía Láctea. Al medir cuidadosamente las ubicaciones y velocidades de las estrellas, los investigadores pueden determinar qué estrellas muestran los movimientos reveladores que, rastreados hacia atrás, revelan que nacieron colectivamente en el mismo tiempo y lugar. Una vez que los astrónomos saben que las estrellas de un grupo están relacionadas, es sencillo calcular su edad en función del conocimiento establecido de cómo crecen y evolucionan las estrellas.

Encontrar nuevos miembros del grupo de mudanzas no es fácil. Para hacerlo, los astrónomos se basan tradicionalmente en el análisis de listas preexistentes de estrellas de grupos en movimiento, señalando nuevos miembros potenciales a través de modelos matemáticos sofisticados. El equipo detrás del nuevo proyecto quería probar algo diferente y más visceral: utilizó un programa de realidad virtual para hacer zoom alrededor de las estrellas y obtener una perspectiva tridimensional más clara de cómo se mueven las cosas.

“Pensé que asustaría [NASA’s VR scientists] lejos cuando dije que quería visualizar las posiciones y velocidades de cuatro millones de estrellas”, dice Kuchner. “¡Pero no pidieron una pestaña!” Para crear esta cornucopia estelar virtual, el equipo utilizó datos de gaia, un satélite de la Agencia Espacial Europea que proporciona las mejores mediciones disponibles de las posiciones y velocidades de las estrellas en nuestra galaxia. La simulación de realidad virtual resultante también sirvió como una especie de máquina del tiempo: saber qué tan rápido y en qué dirección se movía una estrella permitió a Kuchner y sus colegas rastrear su movimiento hacia adelante y hacia atrás en el tiempo.

Mientras se desempeñaba como investigadora visitante en la NASA, la autora principal del estudio, Susan Higashio, se puso un auricular VR para volar alrededor de los millones de estrellas de la simulación. Examinó dónde estaban las estrellas con discos en relación con grupos en movimiento conocidos y extrapoló los movimientos de las estrellas hacia adelante y hacia atrás en el tiempo para probar sus asociaciones potenciales. “Fue muy emocionante cuando aparecieron los cuatro millones de estrellas en la realidad virtual, pero me sentí un poco mareado cuando empezaron a girar a mi alrededor”, recuerda. “Fue una manera muy divertida e interactiva de hacer ciencia”.

Higashio rastreó 10 de los discos de escombros de Disk Detective hasta sus familias del grupo de mudanzas. Luego, el equipo encontró las edades estimadas de estos discos, que oscilaban entre 18 y 133 millones de años. Todos ellos eran extremadamente jóvenes, en comparación con nuestro sistema solar doméstico, que tiene alrededor de 4.500 millones de años. Los investigadores también identificaron un grupo en movimiento completamente nuevo llamado Smethells 165, en honor a su estrella más brillante. “Cada vez que encontramos un nuevo grupo en movimiento, es un nuevo lote de estrellas cuyas edades conocemos con mayor precisión”, explica Kuchner.

Los astrónomos también encontraron un disco de escombros extremo y extraño alrededor de una estrella apodada J0925 que no encaja del todo en la línea de tiempo esperada de formación de planetas. Es mucho más brillante en el infrarrojo, lo que significa que tiene más polvo, de lo esperado para una estrella de su edad. A medida que los discos de escombros envejecen, parte de su polvo cae en espiral hacia la estrella o es arrastrado por el viento. vientos estelares. J0925, sin embargo, parece haber recibido una nueva entrega de polvo caliente, posiblemente de una reciente colisión entre dos protoplanetas. Hughes destaca esta estrella como el objeto más interesante descubierto en el estudio. “Los discos de escombros extremos siguen siendo un poco misteriosos, pero probablemente sean similares a cómo se habría visto nuestro sistema solar durante el impacto gigante que formó la luna de la Tierra”.

El trabajo de ciencia ciudadana de Disk Detective aún está en curso, ahora actualizado para usar Lote de datos más reciente de Gaia. El equipo espera identificar aún más miembros de grupos en movimiento y nuevos discos con su método único de realidad virtual. Lisa Stiller, una de las muchas científicas ciudadanas coautoras del estudio, anima a los posibles voluntarios. “No dude en ayudar en un proyecto de ciencia ciudadana”, dice ella. “Tu ayuda será necesaria en cualquier forma que elijas o la cantidad de tiempo que decidas dedicarte”.

Cualquier persona con una conexión a Internet todavía puede unirse a la proyecto detective de disco, no se necesita experiencia. “Han contribuido más de 30.000 científicos ciudadanos”, dice Kuchner. “Los Disk Detectives todavía están trabajando en cientos de miles de imágenes WISE; todavía necesitamos su ayuda”.

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