CITIZEN SCIENCE

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DI GIUSEPPE DONATIELLO*

A CACCIA DI STELLE VARIABILI CON CITIZEN ASAS-SN

IL COINVOLGIMENTO DEL PUBBLICO È UNA STRATEGIA VINCENTE IN TUTTI GLI AMBITI DELLA RICERCA

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Icitizen scientist, cioè i volontari che contribuiscono direttamente all’analisi dei dati scientifici, sono ormai una realtà consolidata in molti ambiti della ricerca. Su Cosmo ci occupiamo esclusivamente dei temi legati all’astronomia, ma di progetti con il coinvolgimento del pubblico se ne trovano in tutti gli ambiti del sapere, dall’archivistica allo studio delle particelle. Basta visitare il sito Zooniverse per averne una visione completa. Il successo dell’affidare ai volontari il compito della classificazione si riassume nella possibilità di controllare una grande mole di dati, dividendoli in pacchetti gestibili senza troppo impegno dai collaboratori. In questo modo, i volontari possono eseguire un controllo preliminare nel tempo libero, oppure cedere l’uso del proprio computer per progetti di calcolo distribuito quando esso non è utilizzato. Tra le ultime imprese della citizen science annoveriamo la scoperta di oltre 10mila nuove stelle variabili, trovate esaminando i dati raccolti dall’All-Sky Automated Survey for Supernovae (Asas-Sn).

LA RICERCA AUTOMATIZZATA

DELLE SUPERNOVAE

Guidato dall’Ohio State University, Asas-Sn è un programma automatizzato per la ricerca di supernove e altre sorgenti transienti, ma non sfuggono al programma anche oggetti del Sistema solare come comete e asteroidi vicini. La particolarità del progetto consiste nell’utilizzo di unità standardizzate, formate da teleobiettivi commerciali Nikon da 400 mm f/2,8 con diametro della lente frontale di 14 cm, perfezionati per l’uso astronomico, con lunghi paraluce. Questi obiettivi sono applicati a camere CCD ProLine PL230 con filtro fotometrico centrato a 480 nm. Le unità sono montate a schiere di quattro su robuste montature equatoriali robotiche, in modo da poter monitorare ampie regioni di cielo in un colpo solo. Tale scelta rende le strutture anche relativamente economiche e - se necessario - facilmente riparabili, grazie all’utilizzo di parti commerciali e prontamente disponibili. Asas-Sn è ora composto da 24 unità, distribuite in tutto il mondo. La prima struttura, chiamata Brutus, è stata attivata alle Hawaii presso l’Osservatorio di Las Cumbres. La seconda, detta Cassius, è installata in Cile presso il complesso astronomico sul Cerro Tololo. Nel 2017 sono entrate in funzione la Cecilia Payne-Gaposchkin in Sud Africa, la Henrietta Leavitt in Texas e la Bohdan Paczynski, ancora in Cile. Infine, nel 2018 a Tian Shan in Cina la sesta unità. Contrariamente ai classici telescopi, i teleobiettivi commerciali hanno il pregio di essere ottiche luminose e di abbracciare ampi campi di vista corretti per riprendere simultaneamente migliaia di stelle. Questo permette di monitorare l’intero cielo notturno in banda ottica in appena un giorno, pur non raggiungendo una grande profondità nelle immagini. Grazie alla sensibilità dei CCD, il consorzio registra sorgenti di 18a magnitudine, oltre 50mila volte più deboli di quanto riesca a scorgere l’occhio umano. Sin dall’esordio, il progetto ha scoperto un gran numero di supernove extragalattiche, stelle variabili e altri transienti. Nella prima fase del progetto, per la rivelazione delle sorgenti sono stati ampiamente utilizzati algoritmi di ricerca automatizzata, basati sull’intelligenza

» La postazione Cassius del progetto Asas-Sn, installata in Cile.

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» Rappresentazione artistica della supernova da record Asassn-15lh come sarebbe apparsa dalla distanza di 10mila anni luce. Individuata da Asas-Sn nel 2015 in una galassia distante 3,8 miliardi di anni luce, la supernova ha raggiunto una luminosità equivalente a quella di 570 miliardi di stelle.

artificiale. Sono stati così analizzati più di 1 petabyte di dati riguardanti 60 milioni di stelle, scoprendo oltre 220mila nuove variabili nella Via Lattea e catalogate più di 600mila in totale.

NASCE CITIZEN ASAS-SN

Nonostante l’efficienza del sistema, tuttavia qualcosa sfugge sempre alle macchine ed è aumentata nel frattempo la quantità di dati prodotti quotidianamente. Per tale motivo, i gestori del progetto hanno deciso di coinvolgere anche i volontari nella catalogazione, lanciando all’inizio del 2021 il progetto di citizen science, denominato Citizen Asas-Sn, raggiungibile al sito bit. ly/3HOL7KZ. A fine novembre 2021, il progetto annoverava circa 3200 volontari da tutto il mondo, e i risultati non hanno tardato ad arrivare, come dimostra un paper scientifico pubblicato sul sito arXiv. Il gruppo ha eseguito 839mila classificazioni di oltre 100mila “curve di luce” riguardanti altrettante potenziali stelle variabili, cioè quelle che manifestano variazioni luminose nel corso del tempo. La curva di luce è un grafico che riporta in ordinata la magnitudine misurata e in ascissa il tempo. I punti disegnano un grafico indicativo delle variazioni luminose che gli esperti sono in grado di interpretare grazie alle caratteristiche esibite. Ci sono circa 150 tipi diverse di stelle variabili e ognuno di essi disegna un andamento caratteristico della sua luminosità che l’occhio allenato può riconoscere immediatamente e ci riescono altrettanto bene gli algoritmi automatizzati. Tuttavia, è con le curve di luce atipiche che le macchine falliscono maggiormente. Per questo è opportuno affiancare l’ispezione visiva dei volontari agli algoritmi ad apprendimento automatico delle macchine, e questa operazione ha prodotto ottimi frutti. I partecipanti a Citizen Asas-Sn hanno classificato tantissime nuove variabili a eclisse, stelle pulsanti e rotanti, ma sono anche riusciti a riconoscere oggetti peculiari con curve di luce in apparenza bizzarre. Il sistema occhio-cervello ha un grande talento nel notare cose insolite e fuori dagli schemi, dove spesso gli algoritmi e l’intelligenza artificiale falliscono. Queste curve atipiche, quando non sono riconducibili ad altre cause, possono essere classificate dai volontari sotto l’indicazione di “sconosciuto” ed essere portate all’attenzione degli esperti.

I VOLONTARI MESSI ALLA PROVA

Sin dai primi passi della citizen science, i responsabili dei progetti inseriscono sempre dei dati fittizi nel materiale da analizzare, per saggiare l’abilità dei partecipanti. Nel caso di Asas-Sn sono state incluse alcune curve campione di stelle variabili ben note, sia come modelli per l’apprendimento, sia per sondare l’affidabilità dei volontari nel riconoscerle. I test proposti sono stati brillantemente superati dai volontari. “Si è scoperto che erano piuttosto precisi”, afferma Collin Christy, primo autore dell’articolo. “I nostri utenti sono stati davvero bravi a trovare i sistemi di eclissi e pulsanti nei nostri dati”. E sono stati altrettanto bravi nel rigettare le curve

*GIUSEPPE DONATIELLO PARTECIPA A PROGETTI PRO-AM INTERNAZIONALI, RICERCHE CHE HANNO PORTATO ALLA SCOPERTA DELLA GALASSIA NANA SFEROIDALE DONATIELLO I.

» In alto: Mappa all-sky delle stelle variabili scoperte da Citizen ASAS-SN. Il colore e i simboli ne indicano il tipo.

Qui sopra: le curve di luce di due stelle variabili catalogate dall’atlante delle stelle variabili di

Asas-Sn. Inquadra il QR per ascoltare la “sonificazione” delle curve di luce. riconducibili ad artefatti e disturbi. Questo è altrettanto utile al gruppo di ricerca, perché il lavoro dei volontari sta aiutando gli scienziati a migliorare anche l’algoritmo che riconosce i dati “spazzatura” per escluderli.

PER CONTRIBUIRE AL PROGETTO

Chi desidera contribuire a questo progetto, dispone dei necessari tutorial per il training preliminare e per capire quali siano i dati da analizzare. Già in questa fase, anche partendo da zero, si imparano tante cose interessanti sulla variabilità stellare e sulle numerose categorie di stelle. Dubbi e curiosità possono essere affrontati in un apposito gruppo di discussione, anche per sottoporre all’attenzione degli amministratori le curve di luce che si ritengono interessanti. A differenza di molti progetti di citizen science, Citizen Asas-Sn è direttamente connesso al sito principale di Asas-Sn. Anzi, la sezione dedicata ai volontari è parte integrante del secondo. La sensazione è di un maggiore e diretto coinvolgimento nelle operazioni delle varie unità. Volendo, ma è notevolmente meno semplice, si può accedere a dati davvero recentissimi. L’Asas-Sn Variable Stars Database è una vera miniera interattiva di informazioni per i ricercatori. Non è d’immediata consultazione per gli inesperti, ma è più che probabile che i dati di maggiore rilevanza si possano trovare proprio lì dentro, dopo una certa pratica. Essendo dati pubblici, sono liberamente utilizzabili, rispettando le regole previste per la loro pubblicazione. Non meno importante e con notevole valore didattico, è lo spettacolare atlante delle stelle variabili di Asas-Sn:

Variable Star Atlas (asas-sn.osu.edu/

atlas) è un’enorme raccolta di curve, in cui ricercatori e appassionati potranno trovare tante informazioni e addirittura ascoltare la variabilità tradotta in suoni: davvero sorprendente!

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