了解星系如何随着螺旋图进化

该图像显示了使用紫罗兰色到红色彩虹色图显示的同一星系的螺旋结构的15个独立描记的总和。紫色区域表示没有一致性，红色区域表示跟踪之间的最大一致性。

从植物和动物到热带气旋和星系，各种各样的自然物体都可以看到螺旋结构。现在，北卡罗莱纳州自然科学博物馆的研究人员已经开发出一种技术，该技术可以精确地测量旋涡星系的缠绕臂，这种技术非常容易，几乎任何人都可以参加。目前，这种新的简单方法正在一项名为“螺旋图”的公民科学项目中应用，该项目利用了人固有的识别模式的能力，最终可以为研究人员提供有关星系如何演化的一些见识。

像我们自己的银河系一样，螺旋星系约占附近宇宙中星系的70％。在许多这样的星系中，缠绕臂和臂间区域之间的亮度差异非常细微，这给自动测量方法带来了挑战。甚至明亮的前景恒星也会歪曲对星系的自动分析。此外，人们容易看到并跟随螺旋星系中的模式，但是计算机算法很难确定螺旋在何处开始和结束，特别是在螺旋不连续的情况下。

此图像是向志愿者展示的真实螺旋星系的示例。

螺旋图项目利用了美术课中常见的历史悠久的捷径-追踪。北卡罗莱纳州自然科学博物馆的辅助研究人员伊恩·休伊特（Ian Hewitt）和博物馆天文学与天体物理研究实验室的助理负责人帕特里克·特劳特哈特（Patrick Treuthardt）在一组具有已知绕线的螺旋星系的简单模型图像上测试了它们的追踪方法。然后，他们找出了螺旋结构，并使用自己专门设计的软件P2DFFT测量了曲线的绕线。当他们将结果与其他涉及人工智能程序，将观察到的结构与数学模型拟合，甚至直接将图像输入到自己的测量软件中的方法进行比较时，没有一种方法能像其跟踪方法那样精确，准确地得出结果。一份详细介绍这种比较的论文于2020年3月9日在线发表。螺旋图可在Zooniverse.org平台上用于公民科学项目。

Treuthardt说：“这些人为产生的描记使我们的软件得到了增强，因此它可以准确地测量出包裹结构的紧密程度。”螺旋臂的缠绕程度称为俯仰角。如果螺旋图案的臂非常紧地缠绕，则螺距角较小。如果螺旋形图案非常开放，则螺距角很大。为什么俯仰角很重要？因为它与主机星系的其他参数相关，这些参数更难且更耗时地进行测量，例如原子核中黑洞的质量或星系的暗物质含量。Treuthardt补充说：“如果我们知道俯仰角，我们可以快速，轻松地估算这些参数，并找到有趣的星系，以进行更详细的后续望远镜观测。”

休伊特在这项研究以及“螺旋图公民科学”项目方面的工作特别有意义，因为他最初是作为Treuthardt的志愿者而工作的。休伊特虽然是位长期的业余天文学家，但他从工业界退休，全天候从事天文学研究。后来，他获得了天文学学位，并开始在博物馆的天文学和天体物理学研究实验室教学和从事程序设计项目。休伊特说：“有机会参与这类研究真的很令人兴奋，但更好地参与让其他人为更好地理解我们的宇宙做出贡献也变得更好。”估计有6,000个星系正在研究中，因此必须征募公民科学家。

参考：伊恩·休伊特（Ian Hewitt）和帕特里克·特鲁特哈特（Patrick Treuthardt）于2020年3月9日发表的“使用手动和自动技术比较银河系螺旋臂俯仰角的比较”，皇家天文学会月报。DOI：
10.1093 / mnras / staa354

可在此处找到用于测量螺旋臂绕组的软件P2DFFT。

螺旋图可以在这里找到。