2015年1月31日 星期六

眾包科學:上網發現太空神秘新天體

通過網路參與“銀河專案”的自願者,將恒星形成區中的某種特徵昵稱為“黃色小球”,引起了科學家的關注。科學家後來發現,這些特徵是大品質恒星形成過程中的一個階段。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

有時候,要在太空裡發現一些不同尋常的新天體,你需要足夠多的自願者。最近,通過網路參與“銀河專案”(Milky Way Project)的自願者,在檢視美國航空航天局(NASA)斯皮策空間望遠鏡(Spitzer Space Telescope)拍攝的數萬張照片時,就意外遇到了一類此前大都不為人知的全新天體——黃色小球。那些圓圓的東西實際上並非黃色——只不過在斯皮策拍攝的紅外圖像中,它們被顯示成黃色而已。

美國芝加哥阿德勒天文館的格雷斯·沃爾夫-蔡斯(Grace Wolf-Chase)介紹說,“那些自願者開始討論他們在銀河照片上不斷看到的那些黃色小球,這引起了我們的關注。”這個天文館裡懸掛著一幅銀河全景拼圖,由斯皮策望遠鏡拍攝的彩色照片拼接而成,總長度達37米,呈現了銀河系中數不清的繁星。在這張銀河拼圖上,那些黃色小球看起來很小,但實際上,每個小球都比我們的太陽系還要大成百上千倍。

“在這些自願者的鼓舞下,我們分析了這些黃色小球,發現它們提供了一種新的方法,能夠探測大品質恒星形成的早期階段。”美國愛荷華州立大學的查理斯·克爾頓(Charles Kerton)說,“‘咦,那是什麼?’正是這個簡單的問題,引導我們作出了這一發現。”克爾頓是這項研究的主要作者,沃爾夫-蔡斯則是合作者之一。

“銀河項目”是構成Zooniverse網站的諸多眾包科學項目之一,這個網站借助公眾的力量來處理科學資料。迄今為止,基於自願者在Zooniverse上作出的發現,科學家已經發表了超過70篇論文,其中4篇論文與銀河項目有關。比如2009年,參與Zooniverse上另一個專案“星系動物園”(Galaxy Zoo)的自願者,開始討論被他們稱為“綠豆”的一些奇怪天體。他們的努力最終導致科學家發現了一類緻密的星系,其中包含的恒星數目大大超標。

在“銀河項目”中,自願者可以檢視斯皮策望遠鏡拍攝的銀河系厚厚銀盤的照片,那裡正是塵埃包裹中新生恒星開始發光的地方。斯皮策檢測到的紅外線,按照各自不同的波長,被賦予了我們用肉眼能夠看到的不同顏色。除了那些黃色小球以外,還有許多中心呈現出紅色的綠色泡泡,分佈在大片旋轉的氣體和塵埃之中。這些泡泡是大品質新生恒星在它們的周邊區域中清出一片空洞的結果。綠色泡泡的外沿主要由被稱為“多環芳烴”(PAH)的有機分子構成,被中央新生恒星釋放的光和星風所驅散。被中央恒星加熱的塵埃使得綠色泡泡的中心顯現為紅色。

利用“銀河項目”在網站上提供的工具,自願者已經找到並歸類了5000多個這樣的綠色泡泡。後來,他們開始報告說,他們不斷地發現以黃色小球的形象反復出現的其他特徵。斯皮策團隊的科學家記下了他們的發現,甚至直接用“黃色小球”來給這些特徵命名。在天文學和其他數碼成像領域,黃色代表了綠色和紅色重疊的區域。那麼,這些黃色小球到底是什麼呢?

NASA的斯皮策空間望遠鏡拍攝的這組紅外圖像,展示了大品質恒星形成的3個演化階段。左圖是一顆仍被包裹在厚厚塵埃中的原恒星,右圖側是已經驅散周邊氣體和塵埃、吹出一個綠色泡泡的極年輕大品質恒星,中圖顯示的黃色小球則介於左右兩個階段之間。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

經過全面分析之後,科學家團隊得出了這樣的結論:這些黃色小球是綠色泡泡的前身,代表了恒星形成過程中綠色泡泡成形之前的階段。

“黃色小球是失落的一環,”沃爾夫-蔡斯說,“介於被埋藏在黑暗塵埃帶中極其年輕的胚胎恒星和已經吹出泡泡的新生恒星之間。”

克爾頓說,“如果能夠讓綠色泡泡的時間反轉,你就會得到黃色小球。”

這些科學家解釋了黃色小球呈現出黃色的原因:多環芳烴,也就是在斯皮策的圖片中呈現為綠色的物質,還沒有被大品質恒星吹出的星風驅散乾淨,因此綠色被重疊在顯示為紅色的溫暖塵埃之上,於是使產生了黃色。這些黃色小球相當緊湊,因為大品質恒星的威力還沒有完全施加到它周邊的區域之間。

到目前為止,自願者已經分辨出了900多個這麼緊湊的黃色小球。研究者的下一步計畫,是要查看這些特徵的分佈。許多黃色小球似乎沿著綠色泡泡的邊緣排布,這個線索或許暗示大品質恒星在吹泡泡的時候會觸發新的恒星誕生,這種現象被稱為觸發恒星形成。如果這個效應是真的,研究者應該能夠發現黃色小球在統計上會更經常地出現在泡泡的外緣上。

沃爾夫-蔡斯說,“這個結果彰顯了眾包科學項目的重要性。”克爾頓則補充說,“總是存在這種偶然發現的可能性,使得眾包科學專案既讓參與者興奮激動,也讓專業天文學家受用非常。”

描述這一新發現的論文,於127日發表在《天體物理學報》(The Astrophysical Journal)上。(編輯:Steed
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