Nauka Podsumowanie

Original: http://milkyway.cs.rpi.edu/milkyway/science.php

Milkyway @ home studiuje historię naszej galaktyki analizując gwiazdy Drogi Mlecznej w Galactic Halo. Obejmuje poszukiwaniu nieuchwytnego ciemnej materii. Badanie to jest wykonywane przez struktury mapowania gwiazd okrążających Drogę Mleczną – wiele tych struktur są rzeczywiście “pływowe strumienie gruzu”, czyli galaktyk karłowatych, które są rozrywane przez przełożonego pola grawitacyjnego naszej galaktyki. Orbity, kształty i kompozycje tych galaktyk karłowatych dostarczyć ważnych wskazówek do historii naszej Galaktyki, jak również do dystrybucji ciemnej materii.

Dodatkowo, Milkyway @ home niedawno rozpoczął rozwój “ciała” N-pod-projekt, który tworzy symulowanych galaktyk karłowatych i “strzela” nimi w pole grawitacyjne Drogi Mlecznej. Zezwalamy na warunki początkowe symulowanych galaktyki karłowatej w zmieniać dopóki ostateczna symulowane karzeł mecze, co widzimy w rzeczywistych struktur halo. Innymi słowy, staramy się dopasować modele karłowate galaktyki do rzeczywistych danych, aby dowiedzieć się więcej o tym, co jest (a co nie) możliwe do naszej Galaktyki.

Dla obu projektów, używamy danych z Sloan Digital Sky Survey (patrz poniżej)

Oto wizualizacja Shane Reilly, pokazując Drogi Mlecznej (niebiesko-do centrum-czerwone spiralne), model, rozbite Strzelec galaktyki karłowatej (niebieski), oraz przykład klin danych SDSS (żółty).

Milky Way with Sgr and SDSS

Aż pod koniec 1990 roku, halo Galaktyki sądzono do sprawnego i nieciekawe, i 2002 papieru Heidi NEWBERG Ludowej (“Duch Strzelca i grudek w halo Drogi Mlecznej”) udowodnił, że halo jest rzeczywiście pełne tych pływów gruzu ( halo jest “nierówne”). Od tego czasu astronomowie aktywnie poszukuje i charakteryzowania tych struktur. Więc Milkyway @ home robi nauki w dziedzinie, która jest ledwo ponad dziesięć lat – to jest ostrze astronomii, i chcemy być częścią!
Szczegółowe informacje
Indeks

Nauka Podsumowanie
wprowadzenie
Część I: Sloan Digital Sky Survey (SDSS)
Część II: Jak szukamy ciemnej materii?
Część III: Milkyway @ home
Część IV: Metody Informatyki
Nauka pytania (Message Boards)
Inne pytania? Kontakt na astro [at] cs.lists.rpi [dot] edu!

 

Wstęp: Kształt Milkyway

Co to jest Droga Mleczna?

Droga Mleczna jest galaktyką naszego domu, jednym z miliardów znanych galaktyk we Wszechświecie. Oprócz naszego Słońca, Droga Mleczna zawiera około 400 miliardów innych gwiazd – to jest około 57 gwiazdek dla dziś każdy człowiek żyje na Ziemi! Mimo, że brzmi to wielki, Droga Mleczna jest faktycznie uważana za średniej wielkości galaktyki. (Więcej informacji na temat galaktyk, zobacz artykuł w Wikipedii:. Galaxy)

Droga Mleczna jest obecnie rozumiane jako przedawnione galaktyka spiralna (Hubble typu SBbc) czyli 100.000 lat świetlnych – to znaczy, że bierze 100.000 lat światła (najszybsza rzecz znane istnieją), aby podróżować z jednego końca Milky droga do drugiej. Dla porównania, światło trwa 8 minut, aby dostać od Słońca do Ziemi. Podczas gdy rok świetlny jest fizycznie przydatne urządzenie, astronomowie mają tendencję do używania “parseków” podczas pomiaru odległości.Parsek (skrót od “paralaksy sekundy”) to 3,26 lat świetlnych, i jest związana z jednym z najbardziej precyzyjnych metod określania odległości do innych gwiazd (“paralaksy”). W Galactic astronomii, pracujemy z naprawdę astronomiczne odległości, a więc używamy “kiloparseków” (KPC), lub tysiące parseków, a nasze jednostki na odległość.Promień Drogi Mlecznej, a następnie, 15 kpc, z nasze Słońce jest 8 kpc od centrum Galaktyki.

Nowoczesny widok Drogi Mlecznej zawiera cztery główne komponenty: twardy, wypukłości, gwiezdne halo, i ciemna materia Halo:

Diagram of the Milky Way Galaxy

 

Dysk jest najbardziej oczywistym elementem galaktyki, i jest uważana za składa się z dwóch części: cienkie i grube dysków dysku.Cienki dysk o grubości 0,3 kpc i zawiera prawie wszystkie z pyłów, gazów i młodych gwiazd (w tym Słońca) w naszej Galaktyce.Gruby dysk ma grubość około 1 kpc, i oznacza grubość gdzie gwiazdkowy gęstości spadnie dramatycznie.

Wybrzuszenie leży w centrum dysku, ma promień zaledwie kilku kpc, i zawiera zarówno stare i młode gwiazdy. Ostatnio stwierdzono, że wybrzuszenie jest widocznym bar. Dodatkowo, bardzo masywna czarna dziura znajduje się w centrum galaktyki – o masie równej 4 mln Słońca!

Gwiezdne halo jest prawie kulisty sferoida gwiazd, która otacza całą galaktykę.Gęstość gwiazd w halo jest bardzo niska w porównaniu do gęstości znajdujących się w dysku, a większość gwiazd halo występują w ciągu 30 kpc od centrum Galaktyki.Gwiezdne halo jest tematem Milkyway @ home.

Halo ciemnej materii jest najbardziej tajemnicza ze wszystkich składników galaktycznych. Informacje z krzywych rotacji, galaktycznych zderzeń galaktyk i ciemnej materii wszystko mocno symulacje wskazują, że istnieje duża ilość niewidzialnej masy otaczającej każdą galaktykę. Współcześni astronomowie nadzieję uzyskać wskazówki na temat kształtu i składu halo ciemnej materii od budowli na dysku i gwiezdnego halo.
“Ciemny” Materia

Ciemna materia jest masą, która jest potrzebna do uzupełnienia niewidzialnej masy w obserwacji fizycznych. Mimo, że inne rozwiązania tych rozbieżności, które zostały zaproponowane, takich jak modyfikacje Newtona i / lub teorii grawitacji Einsteina, ciemna materia jest jedynym rozwiązaniem, które opisuje jednocześnie wszystkich zaobserwowanych anomalii naukowych. Dlatego zrozumienie ciemnej materii jest obecnie jednym z głównych celów nauki.

Aby zrozumieć, co “ciemny”, sprawa jest, musimy zrozumieć, “jasny” sprawy (rzeczy jesteśmy przyzwyczajeni). “Światło” względu wykonana jest z barionów, które są cząsteczkami, które są wykonane z kwarkach.Najważniejszą konsekwencją barionów są zbudowane z kwarków jest to, że oddziałują one elektromagnetycznie. Oznacza to, że światło, które jest falą elektromagnetyczną można oddziaływać z barionów. Fale świetlne mają duży wybór długości fali, które tworzą spektrum elektromagnetycznego (patrz rysunek z Wikipedii). W zależności od sposobu barionami są rozmieszczone, barionowa będzie pochłaniają, odbijają lub emitują pewne długości fal świetlnych. W rzeczywistości, wszystkie barionowa emituje pewne długości fal światła na podstawie jego temperatury – gwiazda, na przykład, jest bardzo gorący, a więc mogą one emitować światło widzialne.Wyższa temperatura obiektu, w krótszych długości fal, które mogą być emitowane. Dlatego wszystkie barionowa “świeci” w pewnych długościach fal (w tym ludzi! Mamy świecić w podczerwieni).

 

Electromagnetic Spectrum

Ciemna materia jest inna. Ciemna materia nie emituje światło o dowolnej długości fali. Ciemna materia nie absorbuje światło i nie odzwierciedla to, albo. Ciemna materia, a następnie, nie oddziałuje elektromagnetycznie w ogóle. To dlatego, że jest “ciemny” fale świetlne nie może nawet wiedzieć, że tam jest.

Od ciemna materia nie oddziałuje z światłem, tylko w ten sposób możemy obecnie badać to przez grawitację. Studiując rozkład barionowej (gwiazdy i gaz) w Drodze Mlecznej, uzyskamy wgląd w aranżacji i kompozycji ciemnej materii. Milkyway @ home wspomaga ten cel poprzez studiowanie gwiazd w halo gwiazd, wykorzystując dane z Sloan Digital Sky Survey.

Powrót do indeksu
Część I: Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Sloan Digital Sky Survey jest pięć kolorów, badania pola, które głębokim obejmuje dużą część nieba. Zaczęło biorąc dane z jego 2,5-metrowego teleskopu w Obserwatorium Apache Point w 2000 roku, i wyda swój ostatni zbiór danych w 2014 roku. Wszystkie prawie 500 milionów obiektów w bazie danych są dostępne dla publiczności. Aby uzyskać więcej informacji na temat SDSS, patrz strona kart charakterystyki. Jeśli chcesz się eksplorację danych kart charakterystyki, sprawdzeniu kart charakterystyki DR9 nawigacji Tool.

 

SDSS-III Footprint

Część II: Jak szukamy ciemnej materii?

Aż do ostatnich kilku dekad, halo Galaktyki przyjęto jako nieciekawe, gładkie, kuliste rozkład gwiazd. Blisko przełomu tysiąclecia, astrofizycy teorię, że halo może zawierać ciekawe struktury, np. gruz z spadający galaktyki karłowate. Korzystanie z danych kart charakterystyki, Newberg i in. (2002) wykazali, że gwiaździste halo o całkiem skomplikowany. Późniejsze badania wykazały, że strumienie gwiazd dominuje halo Drogi Mlecznej.

Field of Streams

 

Więc, co może halo Galaktyki nam powiedzieć o ciemnej materii i struktury Drogi Mlecznej? Astronomowie starają się zrozumieć potencjał Galaktyki Drogi Mlecznej, która jest miarą tego, jak grawitacyjne Drogi Mlecznej ma wpływ na inne obiekty, a więc miarą rozkładu masy (materii) w galaktyce. Jeśli można porównać potencjał galaktycznej do potencjału znanej materii (barionowej), możemy określić potencjał ciemnej materii – która powie nam, jak ciemna materia rozkłada się w Drodze Mlecznej.

Astronomowie używają fizyki grawitacji w celu ustalenia potencjału Galaxy. W prosty sposób analogiczny, przyjrzyjmy się, jak ktoś go o zbadanie potencjału naszego słońca.Nie jest masywny i kulisty, a więc jego potencjał będzie prosta – “sferycznie symetryczne,” w żargonie fizyki.Mierzy siłę tego potencjału sferycznie symetrycznego zależy tylko od masy Słońca, a odległość, że jesteś z dala od niego.

Sferycznie symetryczne grawitacyjny potencjał Słońca prowadzi do prawa Keplera. Jeśli wykreślić prędkość (lub prędkości orbitalnej planet krążących) Słońce kontra ich promienia orbity (lub odległości od Słońca), otrzymujemy krzywą rotacji Układu Słonecznego. Dla systemu Poziom praworządności Keplera, np. Układu Słonecznego, wyraźnie “upadku” (maleje wraz z odległością) Krzywa rotacji jest przestrzegane:

Solar System Rotation Curves

Galaxy jest nieco bardziej skomplikowana. Ponieważ nie tylko jedna duża masa w środku, Krzywa rotacji powinno wyglądać inaczej, a następnie, że w Układzie Słonecznym. Kiedy astronomowie dodać całe światło z gwiazd w Galaktyce (nawet innych galaktyk), okazuje się, że większość światła pochodzi z blisko centrum, przy malejącej ilości światła z odległości od centrum. Z tym “lekkim łuku,” możemy obliczyć rozkład światła materii, która pozwala nam obliczyć krzywą rotacji galaktyki powinny wyglądać. Co możemy znaleźć to, że krzywa powinna spaść z odległości – ale kiedy astronomowie faktycznie zmierzyć krzywą rotacji Drogi Mlecznej i innych galaktyk (), okazuje się, że to jest prawie płaska, a nie spada znacznie w ogóle!

Expected and Observed Galaxy Rotation Curve, example

 

Problem rotacji faktycznie sięga 1930 roku, a astronom Fritz Zwicky nazwie. Zwicky zmierzył prędkości galaktyk wirujących wokół gromady galaktyk, i stwierdził, że nie było “brakująca masa”, który nie został zauważony w klastrze. W 1970 roku, astronom Vera Rubin mierzy krzywe rotacji innych galaktyk, i pokazał ostatecznie, że tak, to rzeczywiście, więcej masy w każdej galaktyce niż widać.

Tak, jak znaleźć tę ciemną materię? Naszym najlepszym wydaje się grawitacja. Korzystanie soczewkowania grawitacyjnego, lub fakt, że kieszenie z gęstej materii może spowodować ścieżkę światła do osnowy wokół nich, astronomowie mogą faktycznie mapa ciemnej materii w bardzo gęstych gromad galaktyk, takich jak Klastra Abell:

 

Dark Matter Map in Galaxy Cluster Abell 1689

Ale te zespoły są bardzo daleko od nas, a my nie możemy zobaczyć szczegóły. Tak naprawdę chcemy, aby dowiedzieć się, gdzie ciemna materia jest w naszej Galaktyce, a następnie dowiedzieć się, co to jest tam. Gwiazdy w halo Galaktyki poza orbitę dysku Drogi Mlecznej, a więc ich orbit powie nam jaki potencjał grawitacyjny Drogi Mlecznej wygląda, i dlatego, gdy masa jest. Ale te gwiazdy są tylko na tyle daleko, że nie wydają się poruszać w ogóle – jeśli nie wiesz, jak coś się porusza, jest to naprawdę trudne, aby dowiedzieć się, co jego orbita jest.

To gdzie pływowe strumienie zapisać dzień! Strumienie te, powstałe z galaktyk karłowatych jest rozdarta przez grawitację Drogi Mlecznej, śledzenie ciągłe orbity wokół galaktyki. Tak więc, nawet jeśli nie widzimy poszczególne gwiazdy poruszają, możemy śledzić linię pływów strumienia w celu ustalenia ich kierunek ruchu. Stamtąd możemy określić orbity gwiazd “, a następnie możemy określić rozkład ciemnej materii!

Teraz Sztuką jest dowiedzieć się, gdzie dokładnie te strumienie są. Choć może to wydawać się proste, w rzeczywistości strumienie mieszają się z regularnych gwiazdkowych halo, a nawet z innymi strumieniami! Ponadto, istnieją błędy w danych, zwłaszcza jak masz dalej w halo, a te muszą być uwzględnione. Wszystko to oznacza, że musimy stosować się do szczegółowej analizy matematycznej gwiazd, co z kolei prowadzi do bardzo trudnej obliczeniowej problemu …

Część III: Milkyway @ home

rozdzielenie

To gdzie Milkyway @ home jest cala cel tej “separacji” lub “Stream Fit” części Milkyway @ home jest zrobić taką analizę – dowiedzieć się dokładnie, gdzie są duże strumienie pływowe w wielkim zbieraniną gwiazd, które jest galaktycznego halo. Aby to zrobić, trzeba było stworzyć model matematyczny SDSS paski danych (patrz Nathana Cole’a Praca doktorska [PDF]) i sposób znalezienia najlepszego sposobu dopasowania modelu do danych rzeczywistych SDSS. Każda jednostka pracy separacja jest jedną ocenę modelu – to jest jeden zestaw parametrów modelu, które są porównywane z rzeczywistymi danymi. Każda z tych jednostek organizacyjnych, a następnie określa prawdopodobieństwo, że dany zestaw parametrów modelu pasuje do danych i wysyła to do naszego serwera. Nasz serwer, a następnie wykorzystuje te informacje (patrz poniżej), aby określić kolejny zestaw parametrów, aby spróbować i generuje nową jednostkę pracy – to w dalszym ciągu, aż widzimy bardzo niewielką poprawę w wiarogodności, i możemy wtedy zadeklarować zestaw parametrów, który daje najlepiej prawdopodobieństwo dopasowania danych (problem ten nazywany jest maksymalny błąd prawdopodobieństwo).

Innymi słowy, projekt separacji szuka najlepszego sposobu opisania strumienie w halo Galaktyki. Kiedy już mamy, że mamy bardzo dokładny opis strumieni pływowych w danym SDSS klina.

Aktualny Postęp: Udało nam się zakończyć opisywanie korek Północna Galactic (“powyżej” dysku Galaktyki) część strumienia pływów galaktyka karłowata w Strzelcu, a wyniki zostaną opublikowane w Astrophysical Journal wkrótce (marzec-kwiecień 2013). Niektóre dane z tego papieru:

Strzelec oddzielone od strumienia danych w tle (zobacz ten wątek na więcej informacji):

 

Sagittarius Tidal Stream Removed from Halo Stars

Ścieżka strumienia Strzelca wokół galaktyki, reprezentowane przez strzałki dla każdego SDSS paskiem, że analizowane. Zobacz ten wątek, aby uzyskać więcej informacji:

 

Sagittarius Tidal Stream Orbital Vectors

 

Prace w toku: Milkyway @ home jest obecnie studiuje strumienie mocujące Północna Galactic, które nie są Strzelec – jesteśmy ponownie analizując te same dane, ale ze strumieniem Strzelec usunięte. Jest to konieczne, ponieważ, ze Strzelca, inne strumienie były zbyt słabe, aby dokładnie dowiedzieć. Additionlly, że przygotowują się do rozpoczęcia pracy na 8 danych SDSS Dane o prawach, które wypełnia się w niektórych obszarach w południowej Galactic Cap. Wreszcie, po wszystko jest zrobione, będziemy analizować gwiazd sferoida – gwiazdy w halo Galaktyki, które nie należą do galaktyki karłowatej strumienie pływowe. Zrozumienie gwiazd sferoida jest aktualny gorący temat w astronomii, więc dokładna analiza będzie duży splash! Jeśli wszystko pójdzie dobrze, projekt oddzielenia powinna być kompletna pod koniec 2013 roku do połowy 2014 roku.

N-ciało

Projekt dotyczy ciała na Milkyway @ home symuluje zderzenie galaktyk karłowatych (lub są zakłócone przez) Drogi Mlecznej. To często powodują zakłócenia strumieni pływowych, jak Strzelca.Celem projektu N-ciała jest dopasowanie symulowanych galaktyk karłowatych do rzeczywistych danych karłowatych galaktyk, a tym samym ograniczyć właściwości potencjału grawitacyjnego Drogi Mlecznej (jak również właściwości galaktyk karłowatych). Oto przykład galaktyki karłowatej jest zakłócony przez grawitacji Drogi Mlecznej (Droga Mleczna nie jest pokazane, i będzie w centrum obrazu):

 

Sagittarius Tidal Stream, N-body Simulation

 

Pracę w toku: Projekt N-ciało jest obecnie w fazie rozwoju i jest prawie stabilny. Wkrótce będziemy uruchomiony danych testowych przez przez niego w celu sprawdzenia, że techniki pracy, a następnie zaczniemy pożerające symulacje wobec rzeczywistych danych! W końcu, mamy nadzieję, że do N-korpus główny projekt na Milkyway @ home, i dodać obsługę GPU.

Poprzednia praca i publikacje można znaleźć tutaj.

 
Część IV: Metody Informatyki

Największej wiarygodności [do dodania]

Particle Swarm [do dodania]

Różnica Evolution [należy doliczyć]

Comments are closed.