La struttura a spirale è vista in una varietà di oggetti naturali, che vanno da piante e animali a cicloni tropicali e galassie. Ora i ricercatori del North Carolina Museum of Natural Sciences hanno sviluppato una tecnica per misurare con precisione i bracci tortuosi delle galassie a spirale che è così facile, praticamente chiunque può partecipare. Questo nuovo e semplice metodo è attualmente applicato in un progetto di scienza dei cittadini, chiamato grafico a spirale, che sfrutta la capacità innata di una persona di riconoscere i modelli, e in definitiva potrebbe fornire ai ricercatori alcune informazioni su come si evolvono le galassie.

Galassie a spirale, come la nostra Via Lattea, costituiscono circa il 70% delle galassie nell'Universo vicino. In molte di queste galassie la differenza di luminosità tra i bracci tortuosi e le regioni tra i bracci è molto sottile, rendendo difficile la misurazione dei metodi automatizzati. Anche le stelle luminose in primo piano possono distorcere l'analisi automatizzata di una galassia. Inoltre, i modelli nelle galassie a spirale sono facilmente visibili e seguiti dalle persone, ma gli algoritmi informatici hanno difficoltà a determinare dove iniziano e finiscono le spirali, soprattutto se non sono continui.

Il progetto Spiral Graph sfrutta una scorciatoia consacrata dal tempo comune nelle classi d'arte:il tracciamento. Ian Hewitt, Collaboratore di ricerca presso il Museo di scienze naturali NC, e Patrick Treuthardt, Assistente Capo del Laboratorio di Ricerca di Astronomia e Astrofisica del Museo, hanno testato il loro metodo di tracciamento su una serie di semplici immagini modello di galassie a spirale con avvolgimenti noti. Hanno quindi tracciato la struttura a spirale e misurato l'avvolgimento dei tracciati con il loro software appositamente progettato, P2DFFT. Quando hanno confrontato i loro risultati con altri approcci che hanno coinvolto un programma di intelligenza artificiale, adattare la struttura osservata con modelli matematici, o anche inserendo direttamente le immagini nel proprio software di misurazione, nessuno ha prodotto risultati precisi e accurati come il loro metodo di tracciamento. Un documento che descrive in dettaglio questo confronto è apparso online il 9 marzo, 2020. Spiral Graph è disponibile sulla piattaforma Zooniverse.org per i progetti scientifici dei cittadini.

"Questi tracciati generati dall'uomo danno una spinta al nostro software in modo che possa misurare con precisione quanto sia strettamente avvolta la struttura, " Dice Treuthardt. "Il grado di avvolgimento dei bracci a spirale è chiamato angolo di inclinazione. Se un motivo a spirale ha braccia avvolte molto strettamente, ha un piccolo angolo di inclinazione. Se lo schema a spirale è molto aperto, ha un ampio angolo di inclinazione." Perché l'angolo di inclinazione è importante? Poiché si riferisce ad altri parametri della galassia ospite che sono più difficili e richiedono tempo da misurare, come la massa del buco nero che si trova nel nucleo, o contenuto di materia oscura della galassia. "Se conosciamo l'angolo di inclinazione possiamo stimare rapidamente e facilmente questi parametri e identificare galassie interessanti per informazioni più dettagliate, osservazioni del telescopio di follow-up, " aggiunge Treuthardt.

Il lavoro di Hewitt su questo studio, e il progetto di scienza dei cittadini di Spiral Graph, è particolarmente gratificante da quando ha iniziato come volontario lavorando con Treuthardt. Pur essendo un astronomo dilettante di lunga data, Hewitt si ritirò da una carriera nell'industria per dedicarsi all'astronomia a tempo pieno. Successivamente ha conseguito una laurea in astronomia e ha iniziato a insegnare e lavorare su progetti di programmazione nel laboratorio di ricerca di astronomia e astrofisica del Museo. "È stato davvero emozionante avere la possibilità di partecipare a questo tipo di ricerca, ma ancora meglio avere una parte nel consentire ad altri di contribuire agli sforzi per comprendere meglio il nostro Universo, " dice Hewitt. E con una stima di 6, 000 galassie nel loro studio, arruolare scienziati cittadini è un must.