Citizen Scientists entdecken über 1.000 Hubble-Photobombing-Bilder von Asteroiden – Sky & Telescope

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Der 2001 SE mit geringem Luftwiderstand101ein bereits bekannter Hauptgürtel-Asteroid, erscheint als gekrümmtes Band, das dieses Bild des Krebsnebels von links unten nach rechts oben kreuzt, nahe der Mitte des Nebels.
ESA / Hubble & NASA / M. Thévenot (@AstroMelina)

Mehr als 1.000 bisher unbekannte Asteroiden wurden auf alten Hubble-Fotos entdeckt, nicht von professionellen Astronomen, sondern von Bürgerwissenschaftlern und einem maschinellen Lernmodul. „Diese Arbeit ist ein großartiges Beispiel dafür, wie zufällige Wissenschaft in großen Datensätzen stattfinden kann“, kommentiert der Asteroidenforscher Bill Bottke (Southwest Research Institute), der nicht an der Studie beteiligt war.

In den letzten drei Jahrzehnten sind Hunderttausende von Deep-Sky-Bildern im Hubble-Archiv gelandet. Manchmal kreuzten winzige Asteroiden während der Belichtung das Sichtfeld und hinterließen eine schwache Spur auf dem Foto. Diese Asteroidenspuren sind normalerweise gekrümmt, da sich Hubble selbst auch durch seine Umlaufbahn bewegt.

1998 entdeckten Robin Evans und Karl Stapelfeldt (beide vom Jet Propulsion Laboratory) Dutzende von „photobombed“ Asteroiden, indem sie Hubble-Bilder visuell untersuchten. Aber seitdem hat niemand eine weitere gezielte Suche durchgeführt. „Evans und ich waren zu beschäftigt mit anderen Projekten, um mit dem Strom neuer Hubble-Bilder für die Forschung Schritt zu halten“, sagt Stapelfeldt.

Einen anderen Ansatz verfolgten Sandor Kruk (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Deutschland) und Pablo García Martín (Autonome Universität Madrid, Spanien). Aufbauend auf Kruks Erfahrung mit GalaxyZoo, einem Citizen-Science-Programm, das ursprünglich entwickelt wurde, um Astronomen bei der Klassifizierung von Galaxien zu helfen, entwickelten sie ein ähnliches Programm namens Hubble Asteroid Hunter und nahmen die Hilfe von Tausenden von Freiwilligen aus der ganzen Welt in Anspruch.


Die Zahl der bekannten Asteroiden im Sonnensystem wächst weiter. Diese Animation bildet alle bekannten Asteroiden ab, die zwischen 1999 und 2018 entdeckt wurden. Neu entdeckte Asteroiden in Hubble-Bildern ergänzen diese laufende Zählung.

Asteroidenabbau

Die Identifizierung von Asteroiden in Hubble-Bildern ist schwierig. Die meisten Trails sind extrem niedrig. Darüber hinaus müssen Betrachter sie von anderen länglichen Artefakten wie Satellitenspuren, kosmischen Strahlenspuren (verursacht durch geladene Teilchen, die auf den Detektor treffen) und schwachen Gravitationslinsenbögen unterscheiden.

Kruk und seine Kollegen wählten 37.323 Hubble-Bilder aus, die in den letzten 20 Jahren mit Hubbles Advanced Camera for Surveys und Wide Field Camera 3 aufgenommen wurden. Sie teilten die Bilder in vier Quadranten, von denen jeder von 10 Freiwilligen inspiziert wurde. Ihre Aufgabe war es, alle möglichen Strecken zu identifizieren, Start- und Endpunkte zu markieren und wenn möglich eine Einordnung vorzunehmen.

Am Ende des Programms hatten 11.482 Freiwillige 144.559 Quadranten durchsucht. Zusammen kamen sie auf 1,78 Millionen individuelle Rankings (durchschnittlich 155 pro Person). Durch den kritischen Vergleich und die Kombination all dieser Daten gelangte das Team zu 1.488 potenziellen Asteroidenspuren – im Durchschnitt nur einer pro 100 Bildquadranten.

In der Zwischenzeit hat Kruks Team die gemeldeten Klassifizierungen in ein maschinelles Lernmodul eingespeist, das in Zusammenarbeit mit Google-Wissenschaftlern entwickelt wurde. Nach ausreichendem Training entdeckte der Algorithmus etwa zwei Drittel der Hinweise, die Citizen Scientists gefunden hatten, wieder. Außerdem fand er fast 1.000 neue Hinweise in Filmmaterial, das sich noch niemand angesehen hatte.

„Die Verfügbarkeit und der Enthusiasmus von Bürgerwissenschaftlern war maßgeblich an der Entwicklung des automatisierten Algorithmus beteiligt“, sagt Stapelfeldt, der „erfreut ist, dass diese Arbeit voranschreitet.“ Kruk stimmt zu. „Im Prinzip könnten wir den Algorithmus jetzt in jedem neuen Hubble-Bild nach Asteroidenspuren suchen lassen“, sagt er. „Ohne den Einsatz von Citizen Scientists wäre dies nie möglich gewesen.“

Aber selbst mit 2.487 verfügbaren Leads war das Team noch nicht fertig. Wie sie in einem bevorstehenden Artikel in beschreiben Astronomie & Astrophysik (Vordruck vorhanden Hier), Kruk und zwei weitere Teammitglieder inspizierten beide visuell und schlossen verbleibende kosmische Strahlungsereignisse aus, die nicht korrekt erkannt worden waren, sowie falsche oder zweideutige Identifizierungen. Am Ende blieben insgesamt 1.701 gültige Asteroidenspuren übrig.

Als nächstes überprüfte das Team die Ergebnisse mit der bestehenden Datenbank kleiner Objekte im Sonnensystem, die vom Minor Planet Center der International Astronomical Union gehostet wird. In 670 Fällen identifizierten sie die Spur mit einem bekannten Objekt. Zum Beispiel der relativ helle Asteroid 2001 SE101 ging an der vorbei Krebsnebel auf einem Hubble-Bild 2005 erhalten. Dies hinterließ 1.031 nicht identifizierte Kondensstreifen, die meisten von ihnen sehr schwach: 23rd-durchschnittliche Größe.

„Für mich ist das Aufregendste, dass sich herausstellt, dass diese Art von Wissenschaft mit Hubble-Daten durchaus möglich ist, obwohl Hubble nie dafür konzipiert wurde“, sagt Kruk.

Auch Bottke ist begeistert. „Dieses Papier zeigt, dass es viele Möglichkeiten gibt, die Wissenschaft zu maximieren, die wir aus allen Teleskopbeobachtungen gewinnen können“, sagt er, „und dass unternehmungslustige Amateurastronomen einige wirklich interessante Ergebnisse erzielen können.“



Was tun mit 1.000 neuen Asteroiden?

In zukünftigen Arbeiten werden Kruk und seine Kollegen die Kondensstreifenformen neuer Asteroiden analysieren, um Entfernungen abzuleiten. Sie können dann die beobachtete Helligkeit eines Objekts in eine Schätzung seiner physischen Größe umwandeln. Dies wird schließlich genauere Informationen über die Größenverteilung der kleinsten Objekte im Sonnensystem liefern.

„Wir kennen die wichtigsten [asteroid] Gürtel, der durch Kollision entstanden ist, wobei Kollisionen der primäre geologische Prozess sind, der Asteroiden betrifft“, sagt Bottke. „Indem wir die Anzahl der existierenden kleinen Körper untersuchen, gewinnen wir wichtige Informationen für Computermodelle, die es uns ermöglichen, sowohl die Stärke von Asteroiden abzuschätzen als auch wie lange sie wahrscheinlich überleben werden, bevor sie gestört werden. Dies sagt uns etwas über die Entwicklung von Asteroiden im Allgemeinen .

René Laureijs (European Space Agency, ESA) freut sich auf die zukünftige Zusammenarbeit mit Bürgerwissenschaftlern im Rahmen der ESA-Mission Euclid, für die er der Projektwissenschaftler ist. Euclid wird zwei Drittel des gesamten Himmels mit der gleichen Auflösung wie Hubble kartieren, um dunkle Materie und dunkle Energie im Universum zu untersuchen. „Bei Euclid wird der Fokus auf der Galaxienmorphologie liegen“, sagt Laureijs, „aber wir erwarten auch, mindestens 150.000 kleine Objekte im Sonnensystem in unseren Daten zu finden.“


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