ギャラクシー動物園

Galaxy Zooは、多数の銀河の形態分類に協力してくれる人を募るクラウドソーシング型の天文学プロジェクトです。一般の人々の協力を得て科学研究を行う市民科学の一例です。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}

2017年7月現在、15バージョンがリリースされています。^{[ 3 ]} Galaxy Zooは、市民科学プロジェクトのグループであるZooniverseの一部です。このプロジェクトの成果は、オブジェクトのさまざまな側面をより正確に特定し、分類に分けることです。

このプロジェクトが生まれた主な要因は、研究によって膨大な量の情報が生成され、研究チームがその多くを分析・処理できないという、いわゆるデータ洪水の問題でした。 ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}以前はオックスフォード大学の天体物理学者で、Galaxy Zoo の共同創設者であるKevin Schawinski 氏は、米国ニューメキシコ州のApache Point天文台でSloan Digital Sky Surveyによって撮影された 90 万個以上の銀河の形態を目視で分類するという任務を与えられたときに、 Galaxy Zoo が生まれた原因となった問題について説明しました。 「私は 1 週間で 5 万個の銀河を自分で分類しましたが、気が遠くなるほど大変でした。」^{[ 7 ]}このプロジェクトの共同創設者であり、オックスフォード大学の天体物理学教授であるクリス・リントット氏は次のように述べています。「科学の多くの分野では、どのようなデータが得られるかではなく、得られたデータで何ができるかによって制約を受けています。市民科学は、その問題を解決する非常に強力な方法です。」^{[ 6 ]}

Galaxy Zoo のコンセプトは、NASAが彗星探査ミッションで取得した画像から星間塵の衝突を探すよう一般市民に依頼したStardust@homeなどの他のプロジェクトに触発されたものです。 ^{[ 7 ]}余剰のコンピュータ処理能力を使用してデータを分析する (分散コンピューティングまたはボランティア コンピューティングとも呼ばれる) 以前のインターネットベースの市民科学プロジェクト ( SETI@homeなど) とは異なり、Stardust@home では人間のボランティアが積極的に参加して調査タスクを完了しました。^{[ 8 ]} 2014 年 8 月、Stardust チームは、市民科学者が 100 万枚以上の画像を調べた後、最初の潜在的な星間宇宙粒子を発見したと報告しました。^{[ 9 ]}

2007年にギャラクシーズーが初めて開始されたとき、科学チームはサンプルを構成する90万個の銀河の分類に2万～3万人が参加することを期待していた。^{[ 7 ]}完璧な大学院生が1日24時間、週7日働いても、サンプル内のすべての銀河を一度分類するのに3～5年かかると推定されていた。^{[ 6 ]}しかし、最初のギャラクシーズーでは、10万人以上のボランティアによって約175日間で4000万以上の分類が行われ、銀河1つあたり平均38の分類が行われた。^{[ 10 ]}

クリス・リントットは次のようにコメントした。「利点の1つは、これまで誰も見たことのない宇宙の一部を見ることができることです。これらの画像はロボット望遠鏡で撮影され、自動的に処理されたため、ログインしたときに最初に目にする銀河は、これまで誰も見たことのない銀河である可能性が高いです。」^{[ 7 ]}ケビン・シャウィンスキーもこれを裏付け、「これらの銀河のほとんどはロボット望遠鏡で撮影され、コンピューターで処理されました。そのため、これらが人間の目で初めて見られることになります。」^{[ 8 ]}

ギャラクシー動物園は、これまで実施された中で最大の銀河調査を支援するためにボランティアを募集した。 ^{[ 8 ]}プロジェクトを一般公開することで、プロの天文学者がすべての銀河を自ら調査する作業を省くことができ、その結果、小規模な研究チームが行うよりも短い時間で多数の銀河の分類が行われ、小規模な研究チームが行う場合数年かかる90万個の銀河を数か月で分類することができた。^{[ 8 ]}コンピューター プログラムでは銀河を確実に分類することができなかった。いくつかのグループが画像解析プログラムの開発を試みた。^{[ 11 ]}ケビン・シャウィンスキーは、「人間の脳は、実際にはこれらのパターン認識タスクにおいてコンピューターよりもはるかに優れている」と述べた。^{[ 8 ] [ 12 ]}しかし、ボランティアは予定より数年早くカタログ全体を分類し、プロジェクトの主催者を驚かせた。^{[ 11 ]}当初開始から 2 週間後にオンライン フォーラムが設置されたが、これは大量のメールがやり取りされ、受信者が処理して返信するのが困難になったことが一因である。これにより、ボランティアが異常を指摘し、詳しく調べた結果、「ハニーのヴォールヴェルプ」や「グリーンピース銀河」などの新しい天体であることが判明した。^{[ 11 ]}「彼らが成し遂げたことに非常に感銘を受けています」と、王立天文学会の元会長であるオックスフォード大学の天文学者ロジャー・デイヴィスは述べている。「彼らは大規模な調査で物事を行うことを可能にしたのです。」^{[ 11 ]}

Galaxy Zoo フォーラムは、SDSS の画像やより一般的な科学の質問についての議論の場となった。その「グローバル モデレーター」であり、ボランティアのコミュニティ マネージャーで英国の天文学愛好家であるアリス シェパードは、次のように述べている。「それが何なのかはっきりとはわかりませんが、Galaxy Zoo は人々に何かをもたらします。人々がフォーラムに提供した創造的かつ学術的な貢献は、どんな渦巻きの光景にも劣らず素晴らしく、私を感動させないことはありません。」^{[ 13 ]}著者のマイケル ニールセンは、著書Reinventing Discoveryの中で次のように書いている。「しかし、Galaxy Zoo はコンピュータの域を超え、分析に人間の知能も適用できます。ハニーの Voorwerp や Pea 銀河が普通ではなく、さらに調査する価値があることを認識するような知能です。したがって、Galaxy Zoo はハイブリッドであり、他の方法では不可能な大規模なデータセットの深い分析を行うことができます。」^{[ 13 ]}コミュニティの感覚も生まれました。ロジャー・デイヴィスは、「Galaxy Zoo のコミュニティは、彼らが求めている参加の機会を与えてくれる」と述べた。^{[ 11 ]}このコミュニティは「Zooites」として知られるようになった。^{[ 14 ] [ 15 ]}プエルトリコ在住の主婦で、何十万もの銀河を分類してきたアイダ・ベルヘスは、「どの銀河にも語るべき物語がある。それらは美しく、神秘的で、私たちの宇宙がいかに素晴らしいかを示している。Galaxy Zoo を始めたとき、一目惚れだった…ここは魔法のような場所で、ようやく家に帰ってきたような気分だ」と述べた。^{[ 6 ] [ 13 ]} Galaxy Zoo フォーラムは、2014 年 7 月に読み取り専用のアーカイブになった。7 年間のオンライン期間と 65 万件を超える投稿を経て、科学を生み出し続けている。

2017年7月現在、Galaxy Zooと数十万人のボランティアの直接的な結果として60の科学論文が発表されています。^{[ 3 ] [ 16 ]}しかし、以前の研究では、ボランティアによって作成されたデータにはバイアスや間違いが含まれる可能性が高いことがわかりました。 ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}しかし、クリス・リントットは、クラウドソーシングの結果は、査読付き科学論文で使用および発表されているという事実によって証明されるように、信頼できると述べています。^{[ 17 ]}実際、他の科学者はクラウドソーシングとクラウドソーシング研究に疑問を呈しています。Galaxy Zooの研究科学者であるスティーブン・バムフォードは次のように述べています。「プロの研究者として、自分の仕事に誇りを持っています。そして、街を歩いている誰でも来て、より良いことをできるという考えは脅威に聞こえますが、同時にあり得ないことでもあります。」^{[ 17 ]} BOINCの創設者であるDavid Anderson 氏は次のように述べています。[多くの懐疑的な科学者にとって]「彼らは何らかの形でコントロールを手放し、その重要性が低下するという考えがある」。^{[ 20 ]}市民科学者の継続的な善意も疑問視されている。Chris Lintott 氏は次のように述べています。「誰でもボランティアを募ることができるようにするのではなく、人々が来て一定レベルのコミットメントを期待できる場所になりたい」。^{[ 20 ]}

2017年7月10日から12日にかけて、オックスフォードのセント・キャサリンズ・カレッジで、2007年7月に始まったGalaxy Zooの10周年を記念する会議が開催されました。^{[ 3 ] [ 21 ] [ 22 ]}共同創設者のクリス・リントットは、「小さなプロジェクトとして始まったものが、ボランティアの熱意と努力によって完全に変貌を遂げました。銀河の進化についての私たちの理解に真に影響を与えています。」と述べています。^{[ 3 ]} 2007年7月以降、少なくとも15の異なるプロジェクトから60の査読付き学術論文につながる1億2500万の銀河の分類が行われています。^{[ 3 ]}発見には、ハニーのVoorwerp、グリーンピース銀河、そして最近では「イエローボール」として知られる天体などがあります。^{[ 3 ]}会議の Twitter フィード #GZ10 では、60 本の論文のうち 10 本が10 年間で[天体物理学データ システム内] 100 回以上の引用を受けていると述べられています。 ^{[ 16 ]}ポーツマス大学の天体物理学者で GZ のプロジェクト サイエンティストであるカレン マスターズは、「私たちは自分たちではできないことについて本当に助けを求めており、その結果は分野に大きく貢献しました」と述べています。^{[ 3 ]} GZ の成功の結果、市民科学ウェブ ポータルZooniverseが開始され、それ以来 100 のプロジェクトがホストされています。^{[ 3 ]}

Galaxy Zoo の当初の目的の 1 つは、銀河がどの方向に回転しているかを調べることでした。宇宙論学者のケイト・ランドは次のように述べています。「銀河は、私たちが予想するようにランダムに回転するのではなく、すべて互いに一致して回転していると主張する人もいます。私たちは、人々が銀河を回転方向に応じて分類し、私が何か奇妙なことが起こっているかどうかを確認できるようにしたいと考えています。私たちが予想していないパターンがあれば、本当に驚くべき発見があるかもしれません。」^{[ 7 ]} Galaxy Zoo 1 では、ボランティアはSDSS画像から銀河が楕円形か渦巻銀河か、渦巻銀河の場合は時計回り(Z 方向) か反時計回り(S 方向) のどちらに回転しているかを判断するように求められました。銀河の回転は、カイラリティとも呼ばれ、 Galaxy Zoo に関連するいくつかの論文で調査されています。^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

結果の中には心理的な偏りが示されました。^{[ 41 ]}ギャラクシー動物園の科学者たちは、渦巻銀河が均等に分布しているのか、それとも宇宙の固有の性質によってどちらかの方向に回転しているのかを解明したいと考えていました。サイエンスチームが結果を分析したところ、反時計回りに回転する渦巻銀河が過剰に存在することがわかりました。^{[ 41 ]}しかし、チームがボランティアに反転させた同じ画像を分類するように依頼したところ、依然として反時計回りの分類が過剰であり、人間の脳は時計回りか反時計回りかを識別するのが非常に難しいことが示されました。^{[ 41 ]}この効果を測定したことで、チームはそれを補正することができ、互いに近い渦巻銀河は同じ方向に回転する傾向があることを明らかにしました。^{[ 41 ]}

Galaxy Zoo以前の主流の天文学理論では、楕円銀河（または「初期型」）は赤色で、渦巻銀河（または「後期型」）は青色であると考えられていましたが、Galaxy Zooの結果として発表されたいくつかの論文は、これとは異なることを証明しました。^{[ 34 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}青色の楕円銀河の集団が発見されました。^{[ 44 ]}これらは、渦巻銀河から楕円銀河に形を変えた銀河ですが、まだ若い星が含まれています。^{[ 44 ]}実際、Galaxy Zooは、シャウィンスキーが青色の楕円銀河を探していたことから始まりました。2006年末近く、彼は起きている時間のほとんどをこれらの珍しい銀河を探すことに費やしていました。^{[ 47 ]}銀河の青色は、新しい星が形成されていることを意味します。しかし、楕円銀河はほとんどの場合赤色で、古い死んだ星でいっぱいであることを示しています。^{[ 47 ]}このように、青い楕円銀河は逆説的ではあるが、様々なタイプの銀河における星形成の手がかりを与えてくれる。^{[ 47 ]}

また、赤い渦巻銀河の集団も発見されました。^{[ 45 ]}これらは通常の渦巻銀河とは異なる進化の道をたどっており、赤い渦巻銀河は形状を変えることなく新しい星を作るのをやめることができることを示しています。^{[ 45 ]} Tojeiro et al. 2013 は、サンプルとして Galaxy Zoo のデータを使用して、(p.5) 13,959 個の赤い楕円銀河、381 個の青い楕円銀河、5,139 個の青い後期型渦巻銀河、294 個の赤い後期型渦巻銀河、1,144 個の青い初期型渦巻銀河、および 1,265 個の赤い初期型渦巻銀河を発見しました。^{[ 46 ]} Chris Lintott は次のように述べています。「これらの赤い渦巻銀河はデータの中に潜んでいて、誰も気づいていませんでした。それらは私たちの目の前にありました。今では、いくつかの銀河団の端にある渦巻銀河の 3 分の 1 が赤いことがわかっています。」^{[ 48 ]}彼はまた、「これらの結果は、多くのボランティアのアマチュア天文学者による大きな科学的貢献のおかげで可能になった。専門家のグループだけでは、これほど多くの銀河を分類することはできなかっただろう」と述べた。^{[ 49 ]}ハッブル宇宙望遠鏡を使用するチームは、赤い渦巻銀河の存在を独自に検証した。^{[ 50 ]}メーガン・グレイは、「私たちの 2 つのプロジェクトは、非常に異なる方向からこの問題に取り組んできました。それぞれが独立したパズルのピースを提供し、同じ結論を指し示しているのを見るのは喜ばしいことです」と述べた。^{[ 48 ] [ 49 ]}

赤い渦巻銀河は、若い銀河から老いた銀河へと移行している途中の銀河だと考えられています。^{[ 51 ]}赤い渦巻銀河は青い渦巻銀河よりも質量が大きく、大きな銀河団の外縁部に位置しています。クリス・リントット氏は次のように述べています。「私たちが見ているのは、いわば穏やかに絞め殺された銀河だと考えています。星形成のためのガス供給が何らかの理由で遮断されているのですが、絞め殺されたのが非常に穏やかだったため、腕はまだ残っているのです。」^{[ 51 ]}原因は、赤い渦巻銀河と銀河団との穏やかな相互作用にあるのかもしれません。彼はさらに次のように説明しました。「私たちが想像しているのは、銀河がより密度の高い環境に移動すると、銀河だけでなく銀河団にも大量のガスがあり、銀河からのガスが、突入する密度の高い媒体によって剥ぎ取られてしまう可能性があるということです。」^{[ 51 ]}

銀河ダストの特性は、Galaxy Zoo のいくつかの論文で調査されています。^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]}渦巻銀河の星間物質は、ガスとダスト粒子と呼ばれる小さな固体粒子で満たされています。銀河質量のごく一部 (天の川銀河では 0.1% ～ 0.01%) を占めるにすぎないにもかかわらず、ダスト粒子は銀河の外観を形作る上で重要な役割を果たしています。その寸法 (通常、数マイクロメートル未満)のため、紫外線、可視光、近赤外線で星から放出される放射線を吸収および散乱するのに非常に効果的です。^{[ 56 ]}星間領域は、地球上で人工的に作られた真空よりも物質が少ないですが、宇宙には物質が存在します。これらの領域は密度が非常に低く、主にガス (99%) とダストで構成されています。天の川銀河の可視物質の約15%は星間ガスと塵で構成されている。^{[ 57 ]}

銀河内の塵の研究は、多くの理由から興味深い。^{[ 58 ]} 例えば、銀河の光の測定値から銀河の総質量を推定するには、塵による減光効果を補正する必要がある。宇宙の膨張の歴史を測定するために使用される標準光源も、塵による減光を考慮して補正する必要がある。

2013年に、SDSS画像を使用してGalaxy Zooフォーラムのボランティアによって収集された、1,990個の重なり合う銀河のカタログが公開されました。要約には、「重なり合う画像を持つ銀河の分析は、塵による減光の分布と背景光への影響を直接的に調査する方法を提供する」と記載されています。^{[ 55 ]}このカタログは、紫外線の減衰法則の研究にも使用されました。^{[ 59 ]}

渦巻銀河の 中には、星で構成された棒状の中央構造を持つものがあります。これらの銀河は「棒渦巻銀河」と呼ばれ、Galaxy Zoo によっていくつかの研究で調査されています。^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}なぜ一部の渦巻銀河には棒があり、一部にはないのかは不明です。^{[ 64 ]} Galaxy Zoo の研究によると、赤い渦巻銀河は青い渦巻銀河の約 2 倍の確率で棒を持つことがわかります。これらの色は重要です。青い銀河は、含まれる高温の若い星によってその色を得ており、大量の星が形成されていることを示唆しています。赤い銀河では、この星形成は停止しており、低温で長寿命の星が残され、それが赤い色を与えています。^{[ 64 ]}

研究に関わった科学者のカレン・マスターズは、「以前から、古い星が多い渦巻銀河ほど棒状構造が見られる可能性が高いというデータがありましたが、これほど多くの棒状構造の分類ができたことで、今回の結果に対する確信がさらに深まりました。棒状構造が渦巻銀河を赤くする外部プロセスの副産物なのか、それとも棒状構造自体がこの変化を引き起こすのかはまだ明らかではありません。」と述べています。^{[ 64 ]}

渦巻銀河は通常、中心に「バルジ」を持っています。これらのバルジは、巨大で密集した星の集まりです。しかし、Galaxy Zoo のボランティア分類を使用すると、バルジを持たない渦巻銀河があることがわかっています。^{[ 65 ] [ 66 ]}多くの銀河バルジの中心には超大質量ブラックホールが存在すると考えられていますが、バルジはなく中心ブラックホールが成長している純粋な円盤銀河も発見されています。[ ^{65 ]純粋}な円盤銀河とその中心ブラックホールが、形成履歴が大きく異なる楕円銀河とバルジが支配的な銀河から導き出された関係と一致する可能性があるということは、恒星銀河の進化と力学の詳細が銀河とブラックホールの共進化の根本的なものではないことを示唆しています。^{[ 65 ]}これらのバルジのない銀河は、他の銀河から隔離された環境で形成されたようです。^{[ 67 ]}ブラックホールの質量は、銀河の力学的バルジ成分よりも、銀河全体の重力ポテンシャル、ひいてはそのダークマターハローとより密接に結びついている可能性があると仮説が立てられている。 ^{[ 67 ]}

2014 年 9 月、「Galaxy Zoo: CANDELS Barred Disks and Bar Fractions」というタイトルの論文が MNRAS に掲載されることが決定しました。 [ ^{68 ]これ}は、 Galaxy Zoo 4 の一部であるハッブル宇宙望遠鏡CANDELSサーベイの最初の結果セットでした。この研究では、「CANDELS の静止系光学画像から z ≈ 1.5 の巨大円盤銀河に強い棒状構造が発見された」と報告しています。^{[ 68 ]} Galaxy Zoo 4 で視覚分類によって識別された 876 個の円盤銀河のサンプルの中から、123 個の棒状銀河が調査されました。赤方偏移範囲 0.5 < z < 2 全体にわたって棒状構造の割合は大きく変化しないことが分かりました。^{[ 68 ]}

(上記「終了したプロジェクト」も参照) Galaxy Zoo Mergers は 2009 年 11 月に開始され、2012 年 6 月に終了した Galaxy Zoo プロジェクトでした。銀河の合体に関する研究も数多くあり、その中には、約 3000 個の銀河の調査があり、「近傍宇宙で合体する銀河の最大かつ最も均質なカタログ」を提示しました。^{[ 69 ] [ 70 ]}このカタログは 2 つの論文に分かれており、ボランティアが Galaxy Zoo 1 から有望な候補を選択し、Galaxy Zoo フォーラムに投稿した結果です。Galaxy Zoo データを使用した他の論文では、チャンドラ X 線観測衛星による観測を含む観測結果が出ています。^{[ 53 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]}

• リントット、クリス：『群衆と宇宙：ズーニバースの冒険』オックスフォード大学出版局、2020年。ISBN 978-0-19-884222-4

• アマチュア天文学― 空や星を観察する趣味 
• ブルーベリー銀河- 小さくて非常に活動的な銀河。
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• 参加型モニタリング– 市民が実施する測定データの収集 
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Zooniverseのプロジェクト：

• 日々の小惑星情報- カタリナ・スカイ・サーベイによるNASA資金提供の市民科学プロジェクト
• 小惑星動物園– 市民科学プロジェクト 
• バックヤード・ワールズ– NASAが資金提供する市民科学プロジェクト 
• ディスク探偵– NASA市民科学プロジェクト 
• 過去の気象観測記録を海上で転写する市民科学プロジェクト「オールド・ウェザー」 
• プラネットハンターズ– 系外惑星を探す市民科学プロジェクト 
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