¡Ayuda a los astrónomos a encontrar raras galaxias, ‘medusas cósmicas’ en este nuevo proyecto de ciencia ciudadana de Zooniverse!

Ocho ejemplos de galaxias medusas. Imágenes como estas se presentan a los participantes del nuevo proyecto Zooniverse para su clasificación.
Crédito: Colaboración IllustrisTNG
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Un tipo raro de galaxia está en el corazón de un nuevo proyecto de ciencia ciudadana que se presenta hoy: «Cosmological Jellyfish».

El proyecto es parte de la plataforma Zooniverse, donde los voluntarios pueden contribuir a proyectos de investigación científica genuinos. En el nuevo proyecto, los participantes observan los resultados de una simulación cosmológica e identifican galaxias que se parecen un poco a las medusas. La apariencia de medusa es un indicador de que la galaxia en cuestión ha interactuado con gas en un cúmulo de galaxias. Esto es lo que los creadores del proyecto, el grupo de Annalisa Pillepich del Instituto Max Planck de Astronomía, quieren estudiar más a fondo.

Las galaxias, como la Vía Láctea, que consta de cientos de miles de millones de estrellas, son bloques de construcción a gran escala de nuestro universo. Los astrónomos confían en que ahora tienen una imagen general confiable de cómo se han formado las galaxias durante los últimos 13.800 millones de años. Es decir, después de la fase caliente del Big Bang del universo. Sin embargo muchos detalles aún necesitan más investigación. Entonces siempre que haya nuevas observaciones y simulaciones poderosas estén disponibles, hay oportunidades de agregar piezas al rompecabezas.

Una región del rompecabezas que necesita urgentemente más piezas es el caso de las llamadas galaxias medusas. Estas galaxias se pueden encontrar en cúmulos de galaxias, junto con miles de otras galaxias. Dichos cúmulos no solo contienen las galaxias mismas, sino también gas intergaláctico caliente y delgado. La delgadez del gas, es suficiente para hacer que las galaxias que se mueven a altas velocidades a través del cúmulo sientan un «viento en contra».  

Los detalles faltantes de la formación de medusas

Imagínese a alguien en una motocicleta, con su cabello, o tal vez su chal, fluyendo detrás mientras se mueve por el aire circundante. Las galaxias que se mueven rápidamente a través de un cúmulo sienten un viento en contra similar, o «presión de ariete». Las estrellas en una galaxia de este tipo prácticamente no se ven afectadas. Pero en casos extremos, el gas contenido en la galaxia puede ser expulsado y fluir detrás de la galaxia. El resultado es una galaxia que se parece a una medusa: un cuerpo (formado por las estrellas de la galaxia) con tentáculos (gas) fluyendo detrás.

Sin embargo, todavía tenemos que entender cómo funciona esto en detalle. ¿Se forman tales galaxias medusas solo en los cúmulos más masivos, o pueden formarse incluso alrededor de nuestra propia Vía Láctea? ¿Dónde y con qué rapidez se forman las colas y cuánto duran? ¿Qué pasa con el gas en estas colas? ¿Cómo afecta el proceso de extracción a las propias galaxias?

Simulaciones por computadora al rescate 

Dado que los procesos en cuestión ocurren durante cientos de millones o incluso miles de millones de años, es imposible para nosotros observarlos en tiempo real. ¡Pero podemos recurrir a las simulaciones por computadora para obtener más información! Las simulaciones cosmológicas crean un universo virtual siguiendo las mismas leyes de la Física que nuestro propio cosmos. En ese universo modelo, las estrellas y galaxias virtuales se forman, interactúan y evolucionan, y para cada galaxia, ¡se puede reconstruir su historia! 

Un problema clave aquí son las escalas enormemente dispares. La física de cómo evolucionan las estrellas tiene lugar a escalas de miles de kilómetros. Un volumen representativo a mitad de camino del espacio cósmico tiene cientos de millones de años luz de diámetro. Esto es ¡un factor de un quintillón (uno con 18 ceros) más grande! Ninguna simulación por computadora ha logrado simular estrellas individuales en tal volumen cosmológico. Pero desde hace unos años, ha habido simulaciones que logran modelar galaxias con suficiente detalle para que la simulación capture la presión ram en los cúmulos. También, la forma en que puede convertir las galaxias en galaxias medusas.  

Seguimiento de medusas en IllustrisTNG

Las primeras simulaciones que han logrado capturar la creación de medusas forman parte de una suite llamada IllustrisTNG. Hay tres versiones diferentes de la simulación IllustrisTNG. Cada una con un tamaño diferente del volumen cósmico, una resolución diferente y que contiene de miles a cientos de miles de galaxias. Las dos versiones de mayor resolución de la simulación, conocidas como TNG50 y TNG100, están lo suficientemente detalladas como para permitir la formación de galaxias medusas.

Pero para estudiar esas galaxias medusas simuladas, los investigadores deben determinar cuáles de las decenas de miles de galaxias en su universo virtual son galaxias medusas. Esto requiere un proceso que todavía es muy difícil de realizar automáticamente para las computadoras, pero comparativamente simple para los cerebros humanos. Estos últimos tienen excelentes habilidades de reconocimiento de patrones. Es por eso que, como primer paso, los investigadores se propusieron saber cuáles de sus galaxias simuladas se  parecen a las medusas  para un observador humano. Es decir, con un cuerpo hecho de estrellas que arrastra una cola hecha de gas.

Crowdsourcing para identificación de galaxias medusas

En un estudio piloto, los propios miembros del equipo identificaron a simple vista 800 galaxias medusas entre 2600 candidatos preseleccionados. El estudio fue dirigido por Kiyun Yun, uno de los estudiantes de doctorado del grupo. Pero eso es sólo una fracción de los datos disponibles. Mirar todos los datos de esta manera es más de lo que un pequeño equipo de científicos pueden manejar. 

Aquí es donde entra ‘Zooniverse’: la plataforma más grande y popular del mundo para la investigación impulsada por personas. Se especializa exactamente en este tipo de ciencia ciudadana. Es decir, proyectos en los que los voluntarios humanos y sus cerebros conocedores del reconocimiento de patrones pueden contribuir a la investigación científica de vanguardia. Analizar 38.000 imágenes en busca de galaxias raras es una tarea considerable, pero no tan difícil si miles de voluntarios la aceptan.

Sobre la base del trabajo de Yun y otro miembro del grupo Elad Zinger, el investigador postdoctoral Gandhali Joshi dio un paso adelante. Transformó el problema de la identificación de galaxias medusas en el proyecto Zooniverse que ahora se está revelando: Medusas cosmológicas.

Poniendo en marcha la investigación de galaxias medusas

En el proyecto, los participantes estudian imágenes, cada una de las cuales muestra una galaxia en el medio de la imagen. Cada imagen fue creada a partir de las simulaciones TNG50 y TNG100, y muestra una galaxia en particular vista desde un ángulo aleatorio. Junto a ello muestra cualquier otro gas y galaxias contenidos en esa región. Los participantes deben decidir: ¿Esa galaxia en particular se parece a una medusa o no?

 Si bien el proyecto proporciona un tutorial, así como comentarios de clasificación para algunas de las imágenes, la naturaleza es desordenada, incluso la naturaleza fielmente simulada. Siempre habrá casos en los que sea difícil decidir si una galaxia específica se parece o no a una medusa. Pero al final, está bien no estar seguro: durante el proyecto, cada galaxia será clasificada por al menos veinte participantes diferentes. Al final, los investigadores podrán distinguir galaxias que claramente son, o no, galaxias medusas de especímenes más ambiguos (donde algunos participantes vieron medusas, otros no).

Una vez que se identifican las galaxias medusas, los investigadores saben qué galaxias en su universo simulado necesitarán observar más de cerca. La simulación proporciona el historial completo de formación de cada galaxia, por lo que en esa etapa, los científicos deberían poder descubrir varias cosas. Cómo se formaron estas galaxias, cómo evolucionaron para parecerse a las medusas en primer lugar, y qué fue diferente para las galaxias que ¡no parecen medusas! 

Enlaces 

El proyecto Cosmological Jellyfish está disponible en inglés, alemán y hebreo en

https://www.zooniverse.org/projects/apillepich/cosmological-jellyfish

Fuente: Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg.

Artículo original: «Help astronomers find rare cosmic jellyfish galaxies in this new Zooniverse citizen science project!«. June 01, 2021.

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