螺旋图能做什么?帮助了解星系如何演化

 
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个独立轨迹的总和。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。来源：伊恩·休伊特(Ian Hewitt)螺旋结构存在于多种自然物体中，从植物和动物到热带气旋和星系。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，这一技术非常容易，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，该项目利用了人与生俱来的模式识别能力，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，绕组臂和臂间区域之间的亮度差异非常微妙，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。
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主管帕特里克·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。当他们将结果与涉及人工智能程序的其他方法进行比较，将观察到的结构与数学模型进行拟合，甚至直接将图像输入到自己的测量软件中时，没有一种方法能像其跟踪方法一样精确，准确。一份详细介绍这种比较的论文发表在2020年3月9日的网上。《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。如果螺旋图案具有非常紧密地缠绕的臂，则螺距角很小。如果螺旋样式非常开放，则螺距角也很大。”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，轻松地估计这些参数，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的志愿者工作的。休伊特虽然是一位长期的业余天文学家，但他从工业界退休，全职从事天文学。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授程序并从事编程项目。休伊特说：“有机会参与这种研究真是令人兴奋，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。