天文統計學研究生的程式碼“碉堡了(BADASS)”，造福全球中

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翻譯：郭皓存

編排：陳宏宇

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

原文連結：https：//scitechdaily。com/graduate-students-badass-code-has-astronomical-benefits/

一名加州大學河濱分校的天文統計學學生雷明頓·塞克斯頓（Remington O。 Sexton），運用他在就學三年中學會的技能，寫出了開源、免費、且造福全球各地天文學家的程式碼。

專案名稱縮寫為“BADASS”，在英文中有著壞蛋、碉堡了的意思，其實是“基於斯隆數字化巡天的活動星系核貝葉斯分解分析（Bayesian AGN Decomposition Analysis for SDSS Spectra）”的英文縮寫。此專案運用進階統計學方法擬合活動星系核（active galactic nuclei， AGNs）的天文光譜，資料來源為斯隆數字化巡天（Sloan Digital Sky Survey， SDSS）。

“這個專案的特殊性在於它可以基於除了恆星運動以外的多種成分做擬合，而且是用科學界非常受歡迎的Python語言寫的。因為程式碼架構是按照高通用性去設計的，所以除了活動星系核以外，還可以對正常星系進行擬合。”雷明頓說到。他在2020年9月拿到了物理和天文的博士學位。此專案已發表於皇家天文學會月報2021年1月刊。

BADASS程式碼的範例輸出，可以看到各線條代表各個成分擬合出的結果。這一份擬合使用到了43個獨立的引數。

Credit： 雷明頓·塞克斯頓

不同的天體會產生非常不同的光譜，因此天文學家常常利用光譜辨認天體。假如沒有中間物質介入的話，一個天體的光譜會看起來非常連續。天文學家遇到的一大難題就是把一個星系其他星光的光譜，從活動星系核產生的星光中分離出來。活動星系核指的是那些在星系中心，活躍著吸積星際氣體等材料的特大質量黑洞。活動星系核雖然很常見，但不是每個星系都有；相對的，特大質量黑洞則被普遍認為存在於所有星系的中心。在我們生活的銀河系這類“正常”星系中，活躍著吸積的黑洞是比較少見的。

“把活動星系核的光和星系其他來源產生的光兩者分離一直是一個大問題，而BADASS除了可以被用來擬合許多不同的天體以外，還能同時擬合恆星運動和其他成分。在過去，恆星運動和其他成分一般是透過兩個步驟完成擬合的，而這會導致偏差和不確定性。最佳的做法就是同時擬合所有的成分，而BADASS提供了這個工具。”雷明頓解釋到。

一個範例引數的chain、burn-in、直方圖、最佳擬合曲線和不確定度輸出。

Credit： 雷明頓·塞克斯頓

這個專案同時也可以被用於偵測和擬合常見於光學發射線特徵的外流電離氣體（指能從宿主星系和黑洞的引力影響逃脫的星際氣體的宏觀移動），之前科學界並沒有過類似的工具。“外流電離氣體或可解釋超大質量黑洞和星系如何在宏觀時間尺度上互相影響、演化，因此在過去的10年以來一直是非常熱門的研究話題。”加州大學河濱分校物理學和天文學教授，雷明頓的博士生導師加布裡埃拉·卡納利佐（Gabriela Canalizo）說。

以實戰經驗來說，BADASS目前主要還是被用來擬合活動星系核。但雷明頓強調：“就算是沒有活動星系核的星系也可以進行擬合，甚至是獨立的恆星也可以。目前來說，BADASS只能被用於天文光譜，但是它所基於的統計學模型可以被通用化，並用於任何的波譜分析。”

促使論文作者開發此工具的另一動機，是因為之前做類似分析的主流程式語言，IDL（互動式資料語言， Interactive Data Language）是付費工具。相比之下，此工具使用的Python語言有著免費、開源等優點，意味著它有著更龐大的使用者社群，且為社群共同維護改善。“BADASS位於Github上（https：//github。com/remingtonsexton/BADASS3），只要安裝Python和一些依賴包，任何人都可以免費使用。因為這套工具可以在可見光譜用於擬合外流電離氣體，我希望它能在這個越來越熱門的研究領域大放光彩。”雷明頓說到。

除了雷明頓和布里埃拉以外，本專案的參與人員還有：弗吉尼亞州喬治·梅森大學的威廉·馬茨科（William Matzko）、同為加州大學河濱分校的Nicholas Darden和加州噴氣推進實驗室的Varoujan Gorjian。這項研究得到了美國國家科學基金會和NASA MIRO計劃的部分支援，以研究生獎學金（超大型資料集獎學金和實習計劃，Fellowships and Internships for Extremely Large Data Sets， FIELDS）的形式提供。

原論文“Bayesian AGN Decomposition Analysis for SDSS spectra： a correlation analysis of ［O III］ λ5007 outflow kinematics with AGN and host galaxy properties”可以在皇家天文學會月報2021年1月刊和arXiv 上閱讀：

https：//academic。oup。com/mnras/article-abstract/500/3/2871/5941534？redirectedFrom=fulltext

https：//arxiv。org/abs/2010。09748

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

圖中呈現的是被南美洲地區（現今巴西）的土著圖皮人稱為老人的星座。這個老人星座在現代的星座劃分中包含了多個星座的部分：老人的頭部是畢星團；他的一條腿是獵戶座腰帶三星；在圖皮人的民間傳說中，老人的另一條腿被他生氣的妻子砍斷，導致這條腿在橙色恆星參宿四這裡截止；左上角的昴星團被認為是他頭上的羽毛。圖片中，老人星座的形象正好與前景中的瘸腿人像相呼應。

圖片來源：NASA

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