Cu fiecare an care trece, sunt descoperite tot mai multe planete extra-solare. Pentru a face lucrurile mai interesante, îmbunătățiri ale metodologiei și tehnologiei permit descoperirea mai multor planete în cadrul sistemelor individuale. Luați în considerare anunțul recent al unui sistem cu șapte planete în jurul stelei pitice roșii cunoscut sub numele de TRAPPIST-1. La acea vreme, această descoperire a stabilit recordul pentru majoritatea exoplanetelor orbitând pe o singură stea.
Ei bine, treceți peste TRAPPIST-1! Datorită telescopului spațial Kepler și a învățării automate, o echipă din Google AI și Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian (CfA) au descoperit recent o a opta planetă în sistemul stelar îndepărtat al Kepler-90. Cunoscută drept Kepler -90i, descoperirea acestei planete a fost posibilă datorită algoritmilor Google care au detectat dovezi ale unui semnal de tranzit slab în datele misiunii Kepler.
Studiul care descrie concluziile lor, intitulat „Identificarea exoplanetelor cu învățare profundă: o lanț de cinci planete rezonante în jurul Kepler-80 și o opt planetă în jurul Kepler-90”, a apărut recent online și a fost acceptat pentru publicare în The Astronomical Journal. Echipa de cercetare a fost formată din Christopher Shallue din Google AI și Andrew Vanderburg de la Universitatea din Texas și CfA.
Kepler-90, o stea asemănătoare Soarelui, este localizată la aproximativ 2.545 de ani-lumină de Pământ în constelația Draco. După cum s-a menționat, sondajele anterioare au indicat existența a șapte planete în jurul stelei, o combinație de planete terestre (de asemenea, stâncoase) și giganti de gaz. Însă, după ce a folosit un algoritm Google creat pentru a căuta prin datele Kepler, echipa de cercetare a confirmat că semnalul unei alte planete cu orbită mai strânsă se ascunde în cadrul datelor.
Misiunea Kepler se bazează pe Metoda de tranzit (aka Photometry Transit) pentru a discerne prezența planetelor în jurul stelelor mai strălucitoare. Aceasta constă în observarea stelelor pentru scufundări periodice în luminozitate, ceea ce reprezintă un indiciu că o planetă trece prin fața stelei (adică tranzitorie) în raport cu observatorul. În scopul studiului lor, Shallue și Vanderburg au instruit un computer pentru a citi curbele de lumină înregistrate de Kepler și pentru a determina prezența tranzitelor.
Această „rețea neuronală” artificială a trecut prin datele Kepler și a găsit semnale slabe de tranzit care indicau prezența unei planete pierdute anterior în jurul Kepler-90. Această descoperire nu numai că a indicat faptul că acest sistem este foarte asemănător cu al nostru, ci confirmă și valoarea utilizării inteligenței artificiale pentru datele arhivei mele. În timp ce învățarea automată a fost folosită pentru a căuta date Kepler înainte, această cercetare demonstrează că chiar și cele mai slabe semnale pot fi acum percepute.
După cum a declarat Paul Hertz, directorul Diviziei de Astrofizică a NASA la Washington, într-un comunicat de presă recent al NASA:
„Așa cum ne așteptam, există descoperiri interesante care pândesc în datele noastre Kepler arhivate, în așteptarea instrumentului sau a tehnologiei potrivite pentru a le descoperi. Această constatare arată că datele noastre vor fi un tezaur disponibil pentru cercetătorii inovatori în anii următori. ”
Această planetă recent descoperită, cunoscută sub numele de Kepler-90i, este o planetă stâncoasă, cu dimensiuni comparabile cu Pământul (1,32 ± 0,21 razele Pământului) care își orbitează steaua cu o perioadă de 14,4 zile. Având în vedere apropierea sa de stea, se crede că această planetă experimentează temperaturi extreme de 709 K (436 ° C; 817 ° F) - făcând-o mai caldă decât cea ridicată a lui Mercur de 700 K (427 ° C; 800 ° F).
În calitate de inginer software principal cu echipa de cercetare Google Google, Shallue a venit cu ideea de a aplica o rețea neurală datelor Kepler după ce a aflat că astronomia (ca și alte ramuri ale științei) devine rapid o preocupare „de date mari”. Pe măsură ce tehnologia de colectare a datelor devine mai avansată, oamenii de știință se consideră că sunt inundați de seturi de date de dimensiuni și complexități în continuă creștere. După cum a explicat Shallue:
„În timpul liber, am început să mă gândesc la„ găsirea exoplanetelor cu seturi de date mari ”și am aflat despre misiunea Kepler și setul de date uriaș disponibil. Învățarea automată strălucește cu adevărat în situațiile în care există atât de multe date, încât oamenii nu le pot căuta singure. ”
Misiunea Kepler, în primii patru ani de funcționare, a acumulat un set de date care consta din 35.000 de semnale posibile de tranzit planetar. În trecut, testele automate și uneori inspecțiile vizuale erau folosite pentru a verifica semnalele cele mai promițătoare din date. Cu toate acestea, cele mai slabe semnale au fost adesea ratate cu aceste metode, lăsând zeci sau chiar sute de planete nerecunoscute.
În căutarea îmbunătățirii acestui aspect, Shallue a făcut echipă cu Andrew Vanderburgh - un National Science Foundation Graduate Research Fellow și NASA Sagan Fellow - pentru a vedea dacă mașina poate învăța datele și poate afișa mai multe semnale. Primul pas a constat în formarea unei rețele neuronale pentru identificarea exoplanetelor tranzitorii folosind un set de 15.000 de semnale examinate anterior din catalogul exoplanetelor Kepler.
În setul de teste, rețeaua neuronală a identificat corect planetele adevărate și falsele pozitive cu o rată de precizie de 96%. După ce a demonstrat că poate recunoaște semnalele de tranzit, echipa a îndrumat apoi rețeaua lor neurală să caute semnale mai slabe în sistemele de 670 stele care aveau deja mai multe planete cunoscute. Acestea includ Kepler-80, care avea cinci planete cunoscute anterior și Kepler-90, care avea șapte. După cum a indicat Vanderburg:
„Avem o mulțime de falsuri pozitive ale planetelor, dar și potențialele planete reale. Este ca și cum ai trece prin roci pentru a găsi bijuterii. Dacă aveți o sită mai fină, veți prinde mai multe roci, dar puteți prinde și mai multe bijuterii. ”
A șasea planetă din Kepler-80 este cunoscută sub numele de Kepler-80g, o planetă de dimensiuni terestre care se află într-un lanț rezonant cu cele cinci planete vecine. Acest lucru se întâmplă atunci când planetele sunt blocate de gravitatea lor reciprocă într-un sistem extrem de stabil, similar cu cele sapte planete ale TRAPPIST-1. Pe de altă parte, Kepler-90i este o planetă de dimensiuni terestre care experimentează condiții asemănătoare cu Mercur și orbită în afara celor 90b și 90c.
În viitor, Shallue și Vanderburg intenționează să aplice rețeaua lor neurală în arhiva completă a Kepler cu peste 150.000 de stele. În cadrul acestui set masiv de date, este posibil ca multe alte planete să fie pândite și să se citeze, probabil, în cadrul sistemelor multi-planetare care au fost deja examinate. În acest sens, misiunea Kepler (care a fost deja de neprețuit pentru cercetarea exoplanetă) a arătat că are multe mai multe de oferit.
După cum spune Jessie Dotson, omul de știință al proiectului Kepler la Ames Research Center din NASA, a spus:
„Aceste rezultate demonstrează valoarea de durată a misiunii lui Kepler. Noi moduri de a privi datele - cum ar fi această cercetare în stadiu incipient pentru aplicarea algoritmilor de învățare automată - promite să continue să producă progrese semnificative în înțelegerea sistemelor noastre planetare din jurul altor stele. Sunt sigur că există mai multe noutăți în date care așteaptă ca oamenii să le găsească. ”
În mod firesc, faptul că o stea asemănătoare Soarelui este cunoscută acum că are un sistem de opt planete (precum sistemul nostru solar), există cei care se întreabă dacă acest sistem ar putea fi un pariu bun pentru găsirea vieții extraterestre. Dar înainte ca cineva să fie prea încântat, merită menționat faptul că planetele Kepler-90 au orbitat mai degrabă aproape de stea. Cea mai exterioară planetă, Kepler-90h, orbitează la o distanță similară cu steaua ei, așa cum face Pământul cu Soarele.
Descoperirea unei opt planete în jurul altei stele înseamnă, de asemenea, că există un sistem care rivalizează cu Sistemul Solar în număr total de planete. Poate că a venit momentul să reconsideram decizia IAU din 2006 - știți, cea în care Pluton a fost „retras”? Și în timp ce ne aflăm, poate ar trebui să urmărim rapid Ceres, Eris, Haumea, Makemake, Sedna și restul pentru mâncare. Altfel, cum mai planificăm să ne menținem înregistrarea?
În viitor, este posibil să se aplice procese similare de învățare automată pentru misiunile de vânătoare exoplanetă de generație viitoare, cum ar fi Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) și James Webb Space Telescope (JWST). Aceste misiuni sunt programate să fie lansate în 2018, respectiv în 2019. Și între timp, cu siguranță vor fi multe alte dezvăluiri venite de la Kepler!
