Big Data в масштабах Вселенной: астрономы из МГУ создали каталог 800 тысяч галактик

Астрономы МГУ имени М. В. Ломоносова в сотрудничестве с французскими коллегами создали каталог RCSED («The Reference Catalog of galaxy SEDs»), в который занесена информация о 800 тысячах галактик. Каталог уже находится в открытом доступе.

В ходе разработки каталога ученые выпустили несколько статей, в том числе и в престижном междисциплинарном журнале Science. Из шести человек, которые составили коллектив авторов, двое являются студентами физического факультета МГУ.

Несмотря на то, что ранее в научном обиходе астрофизиков уже имелись различные каталоги свойств галактик, RCSED уникален в своем роде и впечатляет наукоемкостью и своими качественно-количественными параметрами.

Так, на сегодняшний день в каталоге RCSED содержится информация о 800 тысячах галактик, о звездном составе каждой из них, их яркости в диапазонах длин волн от ультрафиолетового до инфракрасного. То есть теперь, обратившись лишь к одному каталогу, можно увидеть спектр, поступающий из обзора SDSS (Sloan Digital Sky Survey, или Слоановский цифровой небесный обзор), а также результаты измерения спектральных линий, по которым определяется химический состав как звезд, так и газа, содержащихся в этих галактиках. Подобного каталога для такого большого количества объектов в мире никогда не было.

— Для каждой галактики мы извлекаем из существующих обзоров маленькую картинку, которая показывает, как галактика выглядит на разных длинах волн, и это дает нам материал для дальнейших исследований, — отметил Игорь Чилингарян, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ имени М. В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). Кроме того, как пояснил один из авторов проекта, старший научный сотрудник ГАИШ МГУ Иван Катков, представленный в RCSED анализ форм эмиссионных линий является самым подробным и точным по сравнению с данными иных каталогов.

Технически RCSED чрезвычайно удобен и гибок в использовании. Принцип обращения с каталогом прост: надо лишь ввести название интересующего небесного тела и его координаты в строку поиска, и сайт выдаст всю находящуюся в каталоге информацию об объекте. Каталог доступен для работы через Виртуальную Обсерваторию.

Обучающие презентации по работе с RCSED, включая «инструкции» по открытию новых компактных эллиптических галактик, можно найти в статье соавторов проекта, Игоря Чилингаряна и Ивана Золотухина, «Isolated compact elliptical galaxies: Stellar systems that ran away».

Интересно, что сайт каталога помогали разрабатывать волонтеры — люди, которые профессионально занимаются программированием и веб-дизайном в крупнейших IT-компаниях России.

— Программисты иногда устают от рутины на работе, поэтому в свободное время они делают что-то для души: например, помогают научным проектам. Мы им невероятно благодарны, они стали полноценными членами нашей команды и существенно усилили нашу работу — пояснил соавтор работы Иван Золотухин, научный сотрудник ГАИШ МГУ. — Нам всегда интересно сотрудничать с IT профессионалами и у нас много проектов, к которым можно подключаться, так что если вы программируете на Python или занимаетесь HTML/CSS, любите git и звезды, а также располагаете небольшим количеством свободного времени и желанием помочь международной команде ученых -пишите на адрес, указанный на странице.

— Реализовать наш совместный проект по созданию RCSED стало возможным во многом благодаря применению междисциплинарных подходов работы с большими данными (big data). В дальнейшем, конечно, привлечение IT-экспертизы и ресурсов крупных компаний позволило бы кардинально повысить объем и качество научных исследований и совершить еще не одно важное открытие в астрофизике», — добавляет Иван Катков.

О потенциале и актуальности RCSED многое говорит тот факт, что каталог вызывал серьезный интерес научного мира еще в процессе работы над ним. В течение последних трех лет каталог по запросу предоставлялся «внешним» исследователям, опубликовавшим при использовании данных RCSED в совокупности десяток статей в профессиональных изданиях (Astrophysical Journal, Astronomy & Astrophysics, MNRAS). Поскольку каталог представляет собой самый большой в мире однородный набор данных для галактик, который включает в себя информацию, полученную с помощью наземных и космических телескопов, при активной работе астрофизиков RCSED поможет достичь множества новых и важных научных результатов, в том числе для статей в междисциплинарных журналах Science и Nature. Вполне справедливым будет утверждение, что RCSED — это уникальный материал для исследований по внегалактической астрономии.

Каталог RCSED мог бы охватывать большее количество галактик или же хранить больше информации об уже существующих, однако пока ученые решили остановиться на тех наборах данных, которые достаточно хорошо охарактеризованы в науке и преимущества и недостатки которых известны. Однако, учитывая значимость проекта для астрономической науки в целом, разработчики RCSED не намерены останавливаться на достигнутом, и прогрессивное развитие каталога неизбежно.

Есть два пути роста каталога: нужно расширять либо выборку галактик, либо количество и качество данных по каждому объекту. В перспективе для добавления в каталог ученые рассматривают данные со спутника WISЕ в четырех фильтрах для всей выборки галактик. Но это требует длительной методической работы, которая связана с К-поправками в среднем инфракрасном диапазоне, которые пока не очень хорошо известны.

Кроме того, возможно включение в каталог данных из последующих релизов обзоров SDSS. Таким образом выборка расширится с 800 тысяч до полутора или даже двух миллионов объектов.

Включение спектральных данных из архива Hectospec (архив разработан под руководством и при непосредственном участии Игоря Чилингаряна) добавит 300–400 тысяч объектов на больших расстояниях, спектры которых были получены на 6,5-метровом телескопе MMT.

Сейчас в каталоге RCSED находятся преимущественно близкие по космологическим меркам галактики, красное смещение у которых не более 0,3, потому что обзор SDSS не содержит слабые объекты. То, что было ранней Вселенной, в каталоге пока представлено в меньшей степени. Архив Hectospec позволит чуть дальше продвинуться в космологической шкале — до красного смещения 0,7. Если к этой выборке подключить галактики из обзора DEEP, проведенного с 10-м телескопом имени Кека в начале 2000-х годов, то можно получить представление об объектах на красном смещении до единицы, то есть за последние 7 млрд лет.

— Полную картину можно будет увидеть лет через десять, когда будут завершены крупные обзоры типа DESI, где планируется получить спектры для 25–30 миллионов объектов, — заключил Игорь Чилингарян.

Работа была поддержана совместным грантом Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Национального центра научных исследований Франции (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS). На более ранних этапах работы проект RCSED был поддержан грантами Российского научного фонда (РНФ), Президента РФ, а также французскими ресурсами, доступными в рамках дата-центра VO-Paris в Парижской обсерватории.