95 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Nghìn con mắt săm soi vũ trụ
Chỉ hơn một năm, dự án online Galaxy Zoo được thành lập. Hai trong số những người
sáng lập ra nó, Chris Lintott và Kate Land, phản ánh câu chuyện về một trong những dự án thiên
văn học sáng tạo nhất ở ngoài kia.
Ngành thiên văn vật lí hiện đại là một thế giới bị thống trị bởi những đài quan sát lớn, cho
dù là nó là Kính thiên văn Rất lớn ở sa mạc Atacama ở Chile hay Kính thiên văn vũ trụ Hubble
đang quay trên quỹ đạo xung quanh Trái đất. Việc truy cập đến những tổ hợp này được công nhận
chỉ là kết quả của sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà thiên văn học, mỗi người trong số họ sẽ
mất hàng năm trời để lấy bằng cấp đầu tiên và một mảnh bằng tiến sĩ chỉ là trò chơi. Trong thế
giới tế nhị của nghiên cứu khoa học hiện đại, có thể thật là bất ngờ khi dự án của chúng tôi,
Galaxy Zoo, đang tạo ra sản phNm khoa học từ công trình của hàng trăm nghìn người dùng web.
Săm soi bầu trời
Tất nhiên, sự tham gia của đông đảo mọi người trong khoa học chẳng là điều gì mới mẻ.
Bất chấp hàng loạt kính thiên văn nguy nga đang dọc ngang dàn trận trên khắp địa cầu, các nhà
thiên văn học nghiệp dư vẫn tiếp tục đóng góp trong các năm đã qua: phát hiện ra các sao chổi,
các tiểu hành tinh và, gần đây nhất và đáng chú ý nhất, các hành tinh ngoài hệ Mặt trời. Theo dõi
các đám mây đang xoáy tít của Mộc tinh hay độ sáng biến thiên của các sao biến quang cũng là
96 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
một công việc đối với các nhà nghiệp dư, vì họ không phải đăng kí thời gian quan sát để tiến hành
công việc. Họ tiến hành nghiên cứu của mình với nhiều cống hiến như bất kì nhà chuyên nghiệp
nào, bỏ hàng giờ dài ngắm vào thị kính và đi đến các địa điểm quan sát tốt hơn trong thời gian
rãnh rỗi của họ với hi vọng bắt được những sự kiện thiên văn đặc biệt.
Vào cuối thập niên 1990, một loại thiên văn học nghiệp dư khác đã xuất hiện không yêu
cầu những bầu trời trong veo và một chiếc kính thiên văn, mà thay vào đó chỉ là một kết nối
internet. SETI@home, thành lập năm 1999, là dự án đầu tiên trong số một thế hệ các chương trình
đưa vào sử dụng thời gian nhãn rỗi của máy tính của người dùng bằng cách khai thác screensaver
của hàng triệu kẻ hăm hở tìm kiếm nền văn minh ngoài Trái đất. Chương trình đã phân tích dữ
liệu thu thập bởi kính thiên văn vô tuyến khổng lồ Arecibo ở Puerto Rico, sàng lọc ra những tần
số tìm những tín hiệu có thể đề xuất một trí thông minh. Không có nền văn minh nào được tìm
thấy, nhưng ý tưởng đã nảy sinh, và nhiều dự án tương tự sau đó – như Folding@home (protein
gấp nếp) hay ClimatePrediction.net (mô phỏng sự ấm lên toàn cầu), nhiều lắm nhưng chỉ kể hai
thôi.
Trong khi những dự án này đã nổi tiếng, thì việc tham gia vào chúng về cơ bản là một quá
trình thụ động. Một bộ dự án thứ hai, đi tiên phong là Stardust@Home, đòi hỏi ít sáng kiến hơn
và ít thời gian của bạn hơn.Ý tưởng đằng sau dự án Stardust@Home là cho các tình nguyện viên
sắp xếp các bức ảnh từ các mẫu thu thập bởi tàu vũ trụ Stardust và nhận ra các hạt bụi nhỏ xíu
giữa các sao va chạm nhau. Một dự án khác như thế với một định dạng tương tự, ClickWorkers,
yêu cầu công chúng phân loại các miệng hố và các đặc điểm khác lấy từ một bộ sưu tập các bức
ảnh chụp bởi các sứ mệnh sao Hỏa của NASA. Cơ sở chung của những dự án này là chúng khai
thác bộ não của con người là một công cụ nhận dạng mẫu đầy sức mạnh, và một con người – bất
chấp các tiến bộ trong các hệ thống tự động – vẫn có thể làm việc tốt hơn một máy vi tính.
Galaxy Zoo thuộc loại mới nhất, và nay là lớn nhất, trong số các công trình như thế. Việc
thành lập sáng kiến chỉ mới được công bố cách đây một năm, với một mẫu chuyện tin tức sơ lược
trên chương trình Today của BBC Radio 4. Các thính giả của Today, và những ai nghe theo họ,
được yêu cầu online trong thời gian nhàn rỗi của họ và giúp phân loại gần một triệu thiên hà theo
hình dạng của chúng và, nếu có thể, hướng quay của chúng – công việc thực hiện đối với con
người dễ hơn nhiều so với sử dụng sự ghi nhận mẫu vi tính hóa. Đến tháng 7 năm nay, gần
150.000 nhà thiên văn nghiệp dư đã đưa ra hơn 50 triệu phân loại, cho phép chúng tôi tiến hành
nghiên cứu khoa học nếu không sẽ không thể thực hiện được. Như một hệ quả, chúng tôi đã đưa
bốn bài báo khoa học ra công bố, với hai bài đầu tiên đã được tờ Monthly [otices of the Royal
Astronomy (MNRAS) chấp thuận. Với nhiều kết quả hơn nữa đang triển khai, đã có các kính thiên
97 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
văn sẵn sàng cho nghiên cứu tiếp theo, kể cả chính kính thiên văn Hubble, và một phiên bản thứ
hai của website đang trong quá trình thử nghiệm. Dự án đã thành công chưa từng thấy.
Giao diện đơn giản (hình trên cùng) làm cho công việc
dễ dàng đối với bất kì tình nguyện viên Galaxy Zoo nào.
Trước tiên, họ phải quyết định xem thiên hà trên màn
hình là (a) xoắn ốc hay (b) elip. Sau đó, nếu bầu chọn
cho xoắn ốc, tình nguyện viên phải quyết định xem
chuyển động quay của thiên hà là (c) theo chiều kim
đồng hồ hay (d) ngược chiều kim đồng hồ. Ngoài các
thiên hà, một số hiện tượng khác có thể xuất hiện, như
(e) các sao hay (f) các vệt vệ tinh. Bạn muốn chạy thử
nghiệm, hãy viếng trang galaxyzoo.org/tutorial.aspx.
Một loại vườn thú khác
Galaxy Zoo đã làm phát sinh công trình nghiên cứu tại trường Đại học Oxford ở Anh bởi
một người trong số chúng tôi (CJL) cùng với Kevin Schawinski, bây giờ là một nghiên cứu sinh
hậu tiến sĩ tại trường Đại học Yale tại Mĩ. Schawinski, trong khi làm việc cho DPhil, đã nghiên
cứu các đặc điểm nổi trội của một bộ thiên hà elip đã phát hiện qua việc sắp xếp 50.000 ảnh chụp
thiên hà cung cấp bởi kính thiên văn tự động Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ở New Mexico.
98 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
Trước đây, đa số các nhà thiên văn đã chọn ra các thiên hà elip từ SDSS bằng cách sử dụng nhiều
ủy nhiệm cho hình dạng, với điều kiện như màu sắc, kiểu mật độ hay đặc trưng phổ là phổ biến
nhất. Tuy nhiên, Schawinski nhận thấy các phương pháp này loại trừ mất một bộ phận nhỏ các
thiên hà elip quan trọng đang chịu sự hình thành sao.
Phát hiện của Schawinski đã thách thức hình ảnh truyền thống của các thiên hà elip là “già
nua, đỏ thẫm và chết chóc”. Các địa điểm của sự hình thành sao mới đây trong bất kì thiên hà nào
được đánh dấu bởi sự có mặt của những ngôi sao màu xanh trẻ, nặng – nghĩ tới các cánh tay xoắn
ốc của một thiên hà xoắn ốc như Dải Ngân hà. Sự vắng mặt của những ngôi sao màu xanh này
trong các thiên hà elip cho chúng ta biết rằng đa số, nếu không phải tất cả, các thiên hà này từ lâu
trong quá khứ đã đạt cực đại của sự hình thành sao của chúng. Bằng việc nhìn vào bộ phận phá vỡ
quy luật này, Schawinski và CJL hi vọng làm sáng tỏ các quá trình chi phối sự hình thành của tất
cả các thiên hà xoắn ốc.
Dẫu vậy, vấn đề trở nên rõ ràng là công trình chúng tôi muốn thực hiện sẽ cần nhiều mẫu
các thiên hà hơn số lượng chúng tôi có trong tay. Đặc biệt, Schawinski đã tập trung vào một lát
mỏng của vũ trụ. Một mẫu cục bộ hơn là cần thiết để cung cấp mục tiêu cho các kính thiên văn có
thể nhìn thấy chất khí phân tử xuất hiện cùng với sự hình thành sao. Điều đó nghĩa là lần ngược
trở lại những bức ảnh ban đầu và phân loại nhiều thêm thiên hà nữa.
Khoảng thời gian này, một trong số chúng tôi (KL) và một nhà vũ trụ học Oxford khác,
Anze Slosar, đang xem xét các kết quả công bố bởi Michael Longo thuộc trường Đại học
Michigan ở Mĩ. Longo đã xem xét một vài nghìn thiên hà xoắn ốc và khẳng định có một xu
hướng ưu tiên cho sự quay của các thiên hà xoắn ốc trong SDSS. Các thiên hà có vẻ có xu hướng
quay xung quanh một trục chung dường như thẳng hàng với hướng giống như “trục ma quỷ” –
một hình ảnh hấp dẫn không ngẫu nhiên của các đốm nóng và lạnh trong nền vi sóng vũ trụ - mà
KL đã phát hiện hồi năm 2006. Kết quả này hơi khó chấp nhận vì nó ngụ ý một hướng ưu tiên
không trông đợi trong vũ trụ cục bộ. KL và Slosar vì thế đã tập trung vào nhiệm vụ này với nhiều
phân tích thêm, bao gồm việc thu thập hướng quay quan sát được của hàng chục nghìn thiên hà
xoắn ốc.
Không cần phải vận dụng trí tuệ phức tạp mới nhận ra rằng hai vấn đề đó có thể giải
phóng bằng cùng một giải pháp: xây dựng một website để đưa mẫu SDSS online và mời công
chúng khảo sát các ảnh chụp. Một đội nòng cốt nhanh chóng được tuyển lựa, gồm Bob Nichol,
Daniel Thomas và (sau này) Steven Bamford, cả ba đều đến từ trường Đại học Portsmouth ở Anh.
Nichol là một người trong đội đã giúp xây dựng SDSS, và ông đã mang theo Alex Szalay đến từ
99 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
trường Đại học Johns Hopkins ở Mĩ và các tài nguyên của khoa điện toán của trường này, chúng
tỏ ra thật quan trọng. Không có ngân quỹ, site đã được xây dựng bởi các tình nguyện viên Phil
Murray thuộc Fingerprint Digital Media ở Belfast và Dan Andreescu, bây giờ thuộc Linklab ở
New York. Vào ngày thành lập, 12/07/2007, chúng tôi đã gia nhập thêm chuyên gia Jordan
Raddick, cũng ở trường Johns Hopkins. Cùng với việc xây dựng và đưa dự án vào online, đội
nghiên cứu còn phải thường làm việc từ xa – không những toàn bộ đội nghiên cứu cho đến nay
chưa gặp nhau tại cùng một nơi, mà cái hay nhất trong sự hiểu biết của chúng tôi là không một
người nào từng gặp tất cả chúng tôi.
Site được giữ cho rất đơn giản, với hi vọng thu được càng nhiều dữ liệu từ nhiều người
càng tốt. Các thiên hà được phân tách bằng phần mềm tự động của SDSS và sau đó, đối với từng
ảnh, một tình nguyện viên được hỏi xem thiên hà đó là xoắn ốc hay elip. Nếu nó là một thiên hà
xoắn ốc, thì các tình nguyện viên được hỏi xem họ có thể phân biệt hướng của các cánh tay xoắn
ốc không. Ngoài ra, còn có các lựa chọn “sao/không biết” và liên kết. Mục tiêu khoa học cơ bản là
thu được một danh mục lớn của các thiên hà được phân loại bởi hình thái học đơn giản, tức là elip
hay xoắn ốc. Dự án còn tìm cách kiểm tra các kết quả của Longo và thu được một danh mục các
hướng quay thiên hà sẽ khảo sát các mối tương quan khả dĩ giữa mômen động lượng của các thiên
hà láng giềng, như tiên đoán bởi một số lí thuyết của sự hình thành cấu trúc.
Voorwerp và các hướng ưu tiên
Một khi thành lập, website Galaxy Zoo nhanh chóng thu hút một đợt thác chú ý từ phía
công chúng và các phương tiện truyền thông tương tự. Một mẫu chuyện về nó trên website BBC
News nhanh chóng trở thành một trong những câu chuyện được email nhiều nhất trong ngày hôm
đó và lưu lượng ban đầu như thế nhất thời làm cho server Galaxy Zoo tắc nghẽn theo kiểu thảm
hại nhất không thể tưởng tượng nổi. Nhờ sự làm việc cật lực của đội ngũ kĩ thuật, chúng tôi nhanh
chóng trở lại online và thu được lưu lượng hơn 70.000 phân loại trong một giờ. Con số này có
nghĩa là một triệu truy cập mà đội nghiên cứu ban đầu hi vọng đã đạt được chỉ trong vài ngày.
Vào cuối tháng 11/2007, mỗi thiên hà trong mẫu đã được quan sát bởi trung bình 40 người; một tỉ
lệ tín-hiệu-so-với-nhiễu mà đội nghiên cứu chỉ nằm mơ mới đạt được.
Với nhiều phân loại độc lập nhau cho hình thái học của từng thiên hà, nhờ đó chúng tôi đã
thu được một sai số thống kê cho từng thiên hà – một thuận lợi vô song đối với loại dự án này.
Khoảng một phần ba trong số gần 900.000 thiên hà online, hơn 80% mọi người đồng ý với nhau
về hình thái. Từ bộ phận đó của mẫu, khoảng 63% thiên hà được tìm thấy là elip và 34% xoắn ốc.
So sánh với các mẫu hạn chế do các chuyên gia phân loại cho thấy các kết quả phù hợp tuyệt vời,
mặc dù phân loại của Galaxy Zoo lớn hơn đáng kể so với bất kì dự án nào từng tồn tại. Các rắc rối