Wetenschap
Foto: Aniello Grado en Luca Limatola, European Southern Observatory (ESO)

Sterrenstelsels spotten in de Fornax-cluster

Help mee het universum te veroveren

Foto: Aniello Grado en Luca Limatola, European Southern Observatory (ESO)

Astronomen van het Kapteyn Instituut lanceren deze week een project waarbij het publiek sterrenstelsels op 65 miljoen lichtjaar van Aarde mag bestuderen. ‘We hebben vrijwilligers nodig om voorbereid te zijn op de enorme datastroom die de komende tien jaar gaat komen.’


Yelena Kilina

Door Yelena Kilina

21 oktober om 11:59 uur.
Laatst gewijzigd op 22 november 2020
om 16:16 uur.
Yelena Kilina

By Yelena Kilina

oktober 21 at 11:59 AM.
Last modified on november 22, 2020
at 16:16 PM.
Yelena Kilina

Yelena Kilina

International editor
Volledig bio
International editor
Full bio

Midden op mijn scherm staat een bleke aubergine. Eromheen is het overwegend zwart, met een paar oranje vlekjes aan de randen van het scherm. Direct naast de aubergine zijn nog een paar stippen, maar die zijn meer geel dan oranje.

Ik leun naar voren en peins over wat ik zie. Moet ik de aubergine pluizig noemen? Of helder? Allebei, denk ik eigenlijk. Maar ik moet een keuze maken. 

‘Waarom kijk je niet in de helpsectie?’ klinkt een stem in mijn oor. 

Ik doe wat me gezegd wordt en vind daar meer plaatjes met nog veel meer stippen. Sommigen zijn als ‘pluizig’ aangemerkt. Anderen als ‘helder’. ‘Volgens mij is hij pluizig helder’, zeg ik uiteindelijk, zelfs al bestaat die optie helemaal niet. 

Donkere materie

De aubergine is natuurlijk geen echte aubergine. Het is een dwergsterrenstelsel in de Fornax-cluster, 65 miljoen lichtjaar van Aarde. Je kunt hem zien aan de zuidelijke sterrenhemel, mits je een grote telescoop tot je beschikking hebt, want met het blote oog gaat het niet lukken. Het plaatje komt uit de Fornax Deep Survey-catalogus van dwergsterrenstelsels. Die bevat foto’s van 14.095 sterrenstelsels, waarvan er 590 vermoedelijk deel uitmaken van de Fornax-cluster.

Computers zijn nog niet zo complex als het menselijke oog

De man die in mijn oor fluisterde is Teymoor Saifollahi. Hij probeert vrijwilligers in te zetten voor zijn missie om de geheimen van het universum te ontrafelen. 

Astronomiepromovendus Saifollahi bestudeert donkere materie, de stof waarvan we weten dat hij in overvloed zou moeten voorkomen in het heelal, maar die nog niemand ooit heeft waargenomen. De enige reden dat wetenschappers geloven dat het bestaat, is omdat het standaardmodel uit de natuurkunde, dat het gedrag van de deeltjes in onze wereld verklaart, anders niet meer klopt.  

Teymoor Saifollahi

Sterrenstelsels, zegt Saifollahi, bestaan uit sterren en donkere materie. Maar dwergsterrenstelsels hebben er veel meer van dan de gewone, heldere sterrenstelsels: ze zijn al gauw honderd tot duizend keer zwaarder.   

‘Wat er gebeurt in zo’n dwergsterrenstelsel, is vaak gerelateerd aan zwarte materie’, zegt hij. ‘En dus kun je de eigenschappen ervan gemakkelijker achterhalen.’ Als je meer wilt weten over die zwarte materie, kun je je dus het beste daarop focussen. Nog een voordeel: er zijn veel meer ‘pluizige’ dwergsterrenstelsels dan heldere. Dus heb je heel veel objecten om te bestuderen.

Vrijwilligers

Maar om erachter te komen welke van die duizenden kandidaten in het heelal daarvoor het meest geschikt zijn, moet je wel weten welke van de talloze stippen op je ruimtefoto’s nu dwergsterrenstelsels zijn.

Daar kom ik dus in het spel. En hopelijk volgen er nog vele andere vrijwilligers, na mijn eerste pogingen om aubergines als pluizig of helder te classificeren. 

Leken kunnen namelijk veel doen om astronomen als Saifollahi te helpen. Die schijnbaar eenvoudige keus tussen ‘pluizig’ of ‘helder’ kost in werkelijkheid namelijk een tig-tal seconden. Dat lijkt niet veel, maar stel je dan maar eens voor hoe lang het zou duren om tienduizenden sterrenstelsels op tienduizenden afbeeldingen te classificeren. 

En nee, dergelijk werk kun je niet door een computer laten doen. Dat is simpelweg te duur en te ingewikkeld. ‘Computers zijn nog niet zo complex als het menselijke oog. Dus dan kun je jaren besteden aan het ontwikkelen van een apparaat dat dit wel kan, of je vraagt mensen, zegt Saifollahi. Want hoewel de uitkomst soms minder nauwkeurig is – vooral als je met ongetrainde mensen werkt – is het wel ‘snel en goedkoop’. 

Betere telescopen

Er is nog een reden om het publiek om hulp te vragen. Tot voor kort hadden astronomen gewoon nog niet zo veel data over deze pluizige sterrenstelsels. ‘Maar hoe beter onze telescopen worden, hoe beter we de vage stelsels kunnen zien en hoe meer data we moeten analyseren’, zegt Saifollahi. ‘We moeten ons voorbereiden op de enorme datastroom die de astronomie de komende tien jaar krijgt te verwerken.’

Hoe beter onze telescopen worden, hoe meer data we moeten analyseren

En als de sterrenstelsels eenmaal geclassificeerd zijn, heeft Saifollahi ook nog informatie nodig over hun eigenschappen. Hij moet weten welke vorm ze hebben, welke kleur en textuur, plus alle extra details die opvallen. ‘Dus hebben we vrijwilligers nodig.’ 

Waarom gebruiken Zooniverse daar niet voor, bedacht hij toen: het grootste platform voor publieksgedreven onderzoek ter wereld. Al dertien jaar lang brengt Zooniverse wetenschappers samen met vrijwilligers die willen helpen. En ze doen van alles: van het spotten van pinguïns tot het bestuderen van eeuwenoude brieven. Saifollahi was er als tiener – en amateur-astronoom – ooit zelf actief. ‘Mensen vinden het geweldig.’ 

Space Fluff

Vervolgens vroegen hij en zijn collega’s van SUNDIAL (SUrvey Network for Deep Imaging Analysis & Learning) Anna Lanteri een programma te bouwen waar vrijwilligers mee aan de slag zouden kunnen. Lanteri is projectbouwer en junior onderzoeker uit Italië en schreef haar afstudeeronderzoek over het toepassen van machine learning-algoritmes op kosmologische data. Zij bedacht de vragen die vrijwilligers moeten beantwoorden zodat astronomen een sterrenstelsel vervolgens goed kunnen classificeren. Pluizig of helder geeft aan of een object een dwergsterrenstelsel is of niet. Zie je rood en geel op de foto, of meer wit en blauw ? ‘Oudere sterren zijn altijd rood, jongere zijn blauw’, legt Saifollahi uit. 

Vragen over de vorm vertellen iets over de beweging van het object. ‘Als een stelsel op een schijf lijkt, zoals onze Melkweg, dan betekent het dat de objecten erin draaien: dat heet een spiraalstelsel. Elliptische stelsels worden niet door rotatie ondersteund, dus die sterren bewegen willekeuriger.’ 

En nu, nog geen zeven maanden na dat eerste idee, is het tijd om project Space Fluff te lanceren. 

Voorlopig concentreren Saifollahi en zijn collega’s zich nog op de Fornax-cluster, die een soort dierentuin is voor sterrenstelsels in alle soorten en maten. Maar daar blijft het niet bij. De onderzoekers hopen al na een maand de volgende stap te kunnen zetten en het project uit te breiden. ‘Als we 3000 vrijwilligers halen is dat prachtig, maar ik droom van 5000 mensen per half november’, zegt Lanteri. 

Missing satellites

En dan?  

Er zouden meer dwergstelsels moeten zijn dan stelsels als de Melkweg

Hopelijk helpen de inspanningen van al die vrijwilligers bij het oplossen van een van de grote vragen uit de astronomie: het missing satellite problem. ‘Computersimulaties van de verdeling van materie in het heelal geven aan dat er meer dwergsterrenstelsels moeten zijn dan stelsels zoals de Melkweg. Voor elke Melkweg zouden er minstens honderd dwergstelsels moeten bestaan’, zegt Lanteri. Maar niemand heeft die ontbrekende stelsels – of satellieten – nog gezien. Zijn de kosmologische modellen verkeerd? Of moeten ze nog ontdekt worden? 

De vondst van een aantal van deze dwergsterrenstelsels in de Fornax-cluster leek op de tweede optie te wijzen. Maar astronomen zoeken nog altijd naar meer, in alle hoeken van het heelal. 

Dat werk hoeft echter niet voor eeuwig door vrijwilligers te worden gedaan. Elk antwoord dat zij straks invoeren via Space Fluff, komt ook terecht in een machine learning-systeem. Er gaat dus een moment komen waarop kunstmatige intelligentie de klus kan overnemen. Maar tot dat zover is, is Saifollahi afhankelijk van vrijwilligers die zijn vragen beantwoorden. Dus… is die aubergine nou pluizig of helder?

Ik klik.

Pluizig. Absoluut pluizig.

Wil je meehelpen? Je vindt hier meer informatie

English