גילית לי ת'גלקסיה! סטודנט לתואר שני פיתח מערכת לזיהוי גלקסיות

גלקסיות ננסיות, חומרים אפלים, וטלסקופים רגישים – בעוד שרובנו פוגשים מושגים אלו בסרטי מדע בדיוני, לדניאל פקולה – סטודנט לתואר שני בביה"ס לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר – הם חלקים בלתי נפרדים מחיי היום-יום.

כבר בתחילת השנה השנייה לתואר הראשון עשה דניאל צעד מאוד לא שגרתי – הוא החליט לעסוק במחקר פעיל: "הדרך הכי טובה הייתה פשוט לנסות." חברים דוקטורנטים ייעצו לו שצריך פשוט "לעבור דלת-דלת בפקולטה, לדפוק על משרדים ולשאול מנחים" – אפילו שעדיין הרגיש שחסרים לו בסיס וניסיון. 

כיום, עוד בתחילת דרכו האקדמית, דניאל עושה שימוש בטלסקופ הרגיש Dragonfly ("שפירית") כדי לזהות גלקסיות ולאמת באמצעותן את המודל הקוסמולוגי ΛCDM. לצורך כך פיתח מערכת אוטומטית לזיהוי גלקסיות, שאף הצליחה לאתר גלקסיות חיוורות שחמקו מסקרים קודמים.

מיסתורי, יפה, ורומנטי: הצד החבוי של אסטרופיזיקה

לדניאל תמיד הייתה תשוקה לתחום: "באסטרופיזיקה יש משהו מסתורי, מאוד יפה, וקל מאוד לעשות לו רומנטיזציה." הוא מציין כי ההשפעה האמיתית הגיעה דווקא מסרטי מדע בדיוני כמו "בין כוכבים" ("Interstellar"), שהראו את היופי שבתחום, מעבר למתמטיקה ולמשוואות; סרטים אלו הציגו מצב בו "המדע מנסה לחזות איך דברים ייראו במציאות, וזה סיקרן אותי מאוד."

לפני האוניברסיטה, דניאל עסק במחקר סייבר בצבא ובתעשייה, אבל תמיד רצה ללמוד ולהרחיב אופקים. עם הגעתו לאוניברסיטה, דניאל בחר במסלול ייחודי: שילוב של פיזיקה ולימודי מזרח אסיה. "רציתי פשוט לעשות את מה שמשך אותי. אני לומד יפנית כבר שש או שבע שנים באופן די 'הארדקור', וזה פיתח אצלי עניין עמוק בתרבות הזו לצד הפיזיקה." 

למנחה שלו - ד"ר שני דניאלי -  דניאל פנה בעקבות מייל שפרסמה, והרקע הטכנולוגי שלו היה קריטי לחיבור ביניהם. "היא נתנה לי להוביל פרויקט רוחבי שהם רצו לעשות המון זמן עם המידע מהטלסקופ שלהם ("Dragonfly") – פרויקט שהיה בו אתגר טכנולוגי משמעותי לצד הפיזיקה". 

את העבודה עם ד"ר דניאלי הוא מתאר כעצמאית לחלוטין, אך השניים נפגשים פעם בשבוע לשעה-שעתיים. "היא מאוד 'Hands-on', מייעצת ומסבירה המון על הפיזיקה שמאחורי הדברים", ותומכת בו גם בצד הלוגיסטי והבירוקרטי מול קבוצת המחקר הבינלאומית.

^{טלסקופ Dragonfly, או "שפירית" (צולם ע"י ד"ר שני דניאלי וצוות Dragonfly)}

מה מחפש דניאל ביקום?

גלקסיות ננסיות הן גלקסיות קטנות וחיוורות במיוחד, ולכן קשה לזהות אותן באמצעות טלסקופים רגילים. דווקא משום כך הן מעניינות חוקרים: הן עשויות לספק רמזים על היווצרות הגלקסיות, חומר אפל, והמבנה של היקום הקדום. כדי לאתר אותן משתמש דניאל בטלסקופ Dragonfly ("שפירית"), שמסוגל לזהות עצמים עמומים במיוחד, ובמערכת אוטומטית שפיתח בעצמו.

מחקרו של דניאל מתבסס על מודל קוסמולוגי מרכזי בשם ΛCDM, שמתאר כיצד גלקסיות וחומר אפל מתפתחים ביקום לאורך מיליארדי שנים. באמצעות השוואה בין התחזיות של המודל לבין הגלקסיות שמאתרים בפועל, חוקרים יכולים לבדוק עד כמה אנחנו באמת מבינים את מבנה היקום.

^{שתי גלקסיות ננסיות לא סדירות הממוקמות בחצי הכדור הדרומי}

למצוא את הגלקסיות שאף אחד לא רואה

כאן נכנס המחקר של דניאל. ראשית, דניאל מנסה לגלות כמה שיותר גלקסיות ננסיות דרך טלסקופ Dragonfly. באמצעות ניתוח תמונות מהטלסקופ, המערכת מסמנת באופן אוטומטי עצמים החשודים כגלקסיות. בסופו של דבר, מטרתו של דניאל היא לבנות מיפקד של גלקסיות ננסיות, ולהעריך את שלמותו מבחינה סטטיסטית. 

לאחר זיהוי הגלקסיות, דניאל מנתח את תכונותיהן ומשווה אותן לתחזיות של מודלים תיאורטיים. במהלך הניתוח, דניאל פיתח מערכת שמזהה ומדגישה עצמים דמויי גלקסיות באופן אוטומטי; עד כה, המערכת כבר הצליחה לזהות גלקסיות חיוורות שככל הנראה חמקו מסקרים קודמים  – צעד נוסף בדרך למיפוי מדויק יותר של מבנה היקום.

בעוד שחלק מהאלגוריתמים בהם דניאל משתמש פותחו במקור בקבוצה של Dragonfly, הוא החוקר הראשון שמשלב ביניהם בקנה מידה רחב, ומשתמש בהם בסדרי גודל מאוד גדולים – תוך כדי שיפור ותיקון של בעיות קיימות.

^{מימין לשמאל: גלקסיות אשר בקושי נראות לעין; נראות הגלקסיות ב-Dragonfly; נראות הגלקסיות לאחר שיפוריו של דניאל}

^{למעלה: גלקסיה שדניאל זיהה לראשונה; למטה: תוצאות ראשוניות של המערכת שפיתח (מימין) לצד נתוני Dragonfly (משמאל).}

להשתלב כמה שיותר מהר: עצה לסטודנטים בתחילת הדרך

לסטודנטים צעירים שחוששים מהצעד הראשון בעולם המחקר, דניאל דובק בעצה שנתנו לו: "העצה שלי היא פשוט לעשות את זה. כדאי להשתלב כמה שיותר מהר במחקר, בלי לחץ, כי זה פשוט כיף להיחשף לתחומים עכשוויים."

עם זאת, הוא מודה כי דחייה היא חלק מהמשחק: "רוב המנחים יגידו 'לא' בשלב מוקדם, אבל הם בדרך כלל לא אומרים שאתה לא מספיק טוב, אלא פשוט 'תחזור עוד שנה'. מהפגישות האלה רק מרוויחים – לומדים על תחומי המחקר ומבינים מה באמת מעניין אותך."