В архивах "Хаббла" обнаружено более 1000 новых астероидов

Исследователи обнаружили более 1700 астероидных следов в архивных данных Хаббла за последние 20 лет. Хотя многие из этих астероидов были известны ранее, более 1 000 астероидов не известны. Что хорошего в еще 1 000 астероидов? Как и все астероиды, они могут содержать ценные сведения об истории Солнечной системы.

По мере того, как проходит время и все больше телескопов проводят все больше и больше наблюдений, их совокупные архивные данные продолжают расти. Иногда в этих данных скрываются открытия, которые ждут новых аналитических инструментов или новых усилий ученых, прежде чем о них узнают. Именно это произошло в проекте под названием "Охотник за астероидами Хаббла".

В 2019 году группа астрономов запустила проект "Охотник за астероидами Хаббла". Это гражданский научный проект на платформе Zooniverse. Их целью было прочесать данные "Хаббла", чтобы найти новые астероиды.

Астрономы опубликовали результаты своего проекта в новой работе под названием "Hubble Asteroid Hunter I. Идентификация следов астероидов на снимках космического телескопа "Хаббл". Исследование опубликовано в журнале "Астрономия и астрофизика". Ведущий автор - Шандор Крук из Института внеземной физики Макса Планка.

"Мусор одного астронома может стать сокровищем другого астронома", - сказал Крук в пресс-релизе.

Данные, которые они искали, были в основном отброшены в ходе других наблюдений, не направленных на астероиды. Во многих случаях эти данные выглядели как "шум" и были удалены, чтобы выделить различные элементы. Но все эти вторичные, не изученные данные по-прежнему архивируются и доступны.

"Количество данных в астрономических архивах растет экспоненциально, и мы хотели использовать эти удивительные данные", - сказал Крук.

В рамках проекта было изучено более 37 000 составных снимков Хаббла. Они были сделаны в период с 30 апреля 2002 года по 14 марта 2021 года с помощью камеры Advanced Camera for Surveys и Wide Field Camera 3 на борту космического телескопа "Хаббл". Большинство снимков - это 30-минутные экспозиции, поэтому следы астероидов выглядят как изогнутые полосы.

Эти полосы и составляют суть проблемы: компьютеры с трудом их обнаруживают. Именно здесь на помощь приходит платформа Zooniverse и ученые-граждане.

"Из-за орбиты и движения самого "Хаббла" полосы на снимках выглядят изогнутыми, что затрудняет классификацию астероидных следов - точнее, трудно объяснить компьютеру, как их автоматически обнаружить", - объяснил Шандор Крук.

"Поэтому нам нужны были добровольцы, чтобы провести первоначальную классификацию, которую мы затем использовали для обучения алгоритма машинного обучения".

Добровольцы помогли. 11 482 гражданских ученых приняли участие в классификации изображений. На страницу "Охотника за астероидами Хаббла" на сайте Zooniverse было сделано более 2 миллионов кликов, и добровольцы дали 1488 положительных классификаций примерно на 1 проценте изображений.

Работа граждан, принявших участие в проекте, позволила обучить алгоритм машинного обучения быстрому и точному поиску остальных изображений. Алгоритм существует в облаке Google, и после обучения он помог обнаружить еще 900 объектов, в общей сложности 2487 потенциальных астероидных следов в данных Хаббла.

Затем свою роль сыграли профессиональные ученые. Трое авторов статьи, включая ведущего автора Шандора Крука, проанализировали результаты. Они исключили такие вещи, как космические лучи и другие объекты, в результате чего на 1316 снимках "Хаббла" был обнаружен 1701 след. Около трети из них были известными астероидами, в результате чего остался 1031 неопознанный астероидный след.

Последующие наблюдения подтвердят, сколько из них являются вновь открытыми астероидами, и определят их орбиты. Некоторые из 1031, скорее всего, не будут подтверждены, но остальные помогут уточнить наше понимание популяции астероидов Солнечной системы.

Эти астероиды избежали обнаружения, потому что они более тусклые и, скорее всего, гораздо меньше большинства астероидов, обнаруженных с Земли. Эта статья является первой, выпущенной в рамках проекта "Охотник за астероидами Хаббла". В последующих работах авторы будут использовать изогнутую форму следов астероидов для определения их орбит и расстояний до них.

Все астероиды - это остатки раннего периода существования Солнечной системы, в основном до формирования планет. Они подобны природным капсулам времени, сохранившим условия ранней системы. Вот почему астрономы так заинтересованы в них и почему мы отправили космические аппараты для сбора образцов с таких астероидов, как Бенну и Рюгу.

"Астероиды - это остатки от формирования нашей Солнечной системы, а это значит, что мы можем больше узнать об условиях, когда зарождались наши планеты", - пояснил Крук.

Выше Это изображение, полученное в ходе исследования, представляет собой карту неба объектов Солнечной системы (ОСС), идентифицированных на архивных снимках Хаббла. Синие звезды показывают идентифицированные известные астероиды. Оранжевые круги показывают расположение объектов, для которых команда не обнаружила никаких ассоциаций с SSO. Эклиптика показана красным цветом. Два пробела на этом графике соответствуют галактической плоскости, которую HST не наблюдал. 

Все больше исследователей используют архивные данные, подобные этим. Просматривать существующие изображения в поисках новых открытий экономически выгодно, и это приносит свои плоды.

"Использование архивных данных, полученных в ходе кампаний по съемке, основные научные цели которых лежат за пределами Солнечной системы, является обычной практикой в науке об астероидах. Несколько групп использовали различные архивы изображений, чтобы найти и охарактеризовать SSO".

Например, в 2019 году исследователи использовали архивные изображения, полученные в ходе обзоров экзопланет, чтобы идентифицировать более 1800 астероидов, при этом 182 потенциально могут быть открыты.

Астрономы хотят получить полное представление о популяции астероидов Солнечной системы, поскольку это помогает прояснить историю Солнечной системы.

"Подробное описание малых тел в Солнечной системе накладывает ограничения на различные сценарии формирования Солнечной системы, которые позволяют сделать конкретные прогнозы относительно размера и распределения орбит объектов в зависимости от времени", - поясняют авторы. "В частности, миграции планет-гигантов и каскады столкновений влияют на размер и орбитальное распределение астероидов, что может быть обнаружено при специально организованных наблюдениях".

Но специально организованные наблюдения дороги и требуют много времени. Кроме того, предложения по наблюдениям сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны других исследователей с другими целями.

"Вместо этого мы решили провести такое исследование на основе большого архивного набора данных", - пишут авторы.

Крук намекнул на то, что в данных есть и другие объекты, кроме астероидов. "Но на архивных снимках были и другие случайные находки, которые мы сейчас отслеживаем".

Он также сказал, что их подход является революционным, и они намерены использовать его снова.

"Использование такого сочетания человеческого и искусственного интеллекта для анализа огромных объемов данных - это большая удача, и мы будем использовать эти методы и в других предстоящих исследованиях, например, на телескопе Euclid".

Что касается "...других неожиданных находок..." на снимках, Крук отказался сообщить, что это могут быть за находки. Он сказал изданию Universe Today, что эти находки "... не связаны с необычными астероидами, а с другими находками в данных. Мы сообщим о них в последующих публикациях и объявлениях в ближайшее время, так что следите за новостями!".

Мы обязательно будем следить.