С каждым годом открываются все новые и новые солнечные планеты. Чтобы сделать вещи более интересными, улучшения в методологии и технологии позволяют открывать больше планет в отдельных системах. Рассмотрим недавнее объявление о системе из семи планет вокруг звезды красного карлика, известной как TRAPPIST-1. В то время это открытие установило рекорд для большинства экзопланет, вращающихся вокруг одной звезды.
Ну что ж, двигайтесь через TRAPPIST-1! Благодаря космическому телескопу Kepler и машинному обучению команда из Google AI и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) недавно обнаружили восьмую планету в далекой звездной системе Kepler-90. Известное как Kepler-90i, открытие этой планеты стало возможным благодаря алгоритмам Google, которые обнаружили свидетельство слабого транзитного сигнала в данных миссии Kepler.
Исследование, которое описывает их результаты под названием «Идентификация экзопланет с помощью глубокого обучения: резонансная цепь из пяти планет вокруг Кеплера-80 и восемь планет вокруг Кеплера-90», недавно появилось в сети и было принято для публикации в Астрономический журнал, Исследовательская группа состояла из Кристофера Шаллу из Google AI и Эндрю Вандербурга из Техасского университета и CfA.
Кеплер-90, подобная Солнцу звезда, расположена примерно в 2545 световых годах от Земли в созвездии Дракон. Как уже отмечалось, предыдущие обзоры указывали на существование семи планет вокруг звезды, комбинации земных (или каменистых) планет и газовых гигантов. Но после использования алгоритма Google, созданного для поиска по данным Кеплера, исследовательская группа подтвердила, что в данных скрывается сигнал другой, более близкой к орбите планеты.
Миссия Кеплера опирается на метод транзита (он же транзитная фотометрия), чтобы определить присутствие планет вокруг более ярких звезд. Это состоит из наблюдения звезд за периодическими провалами в яркости, которые указывают на то, что планета проходит перед звездой (то есть проходит) относительно наблюдателя. Ради своего исследования Шаллю и Вандербург обучили компьютер читать кривые блеска, записанные Кеплером, и определять наличие транзитов.
Эта искусственная «нейронная сеть» просеивала данные Кеплера и обнаружила слабые транзитные сигналы, которые указывали на присутствие ранее пропущенной планеты вокруг Кеплера-90. Это открытие не только показало, что эта система очень похожа на нашу, но и подтверждает ценность использования искусственного интеллекта для добычи архивных данных. Хотя машинное обучение использовалось для поиска данных Кеплера ранее, это исследование показывает, что теперь можно различить даже самые слабые сигналы.
Как сказал Пол Херц, директор Отдела астрофизики НАСА в Вашингтоне, в недавнем пресс-релизе НАСА:
«Как мы и ожидали, в наших архивных данных Kepler скрываются захватывающие открытия, ожидающие, когда их найдет подходящий инструмент или технология. Этот вывод показывает, что наши данные станут сокровищницей, доступной инновационным исследователям на долгие годы ».
Эта недавно открытая планета, известная как Кеплер-90i, представляет собой скалистую планету, сравнимую по размерам с Землей (1,32 ± 0,21 радиуса Земли), которая вращается вокруг своей звезды с периодом 14,4 дня. Учитывая близость к своей звезде, считается, что эта планета испытывает экстремальные температуры 709 К (436 ° С; 817 ° F), что делает ее более горячей, чем дневной максимум Меркурия в 700 К (427 ° С; 800 ° F).
Будучи старшим инженером-программистом в исследовательской команде Google Google AI, Шаллю пришла в голову идея применить нейронную сеть к данным Кеплера, узнав, что астрономия (как и другие отрасли науки) быстро становится проблемой «больших данных». По мере того, как технология сбора данных становится все более совершенной, ученые оказываются заваленными наборами данных, которые постоянно увеличиваются в размере и сложности. Как объяснил Shallue:
«В свободное время я начал поиски« поиска экзопланет с большими наборами данных »и узнал о миссии Kepler и огромном количестве доступных данных. Машинное обучение действительно блестит в ситуациях, когда существует так много данных, что люди не могут найти их сами ».
Миссия Кеплера за первые четыре года работы накопила набор данных, который состоял из 35 000 возможных сигналов планетарного транзита. В прошлом автоматические тесты и иногда визуальные проверки использовались для проверки наиболее многообещающих сигналов в данных. Однако, самые слабые сигналы часто пропускались этими методами, оставляя десятки или даже сотни планет пропавшими без вести.
Чтобы улучшить ситуацию, Шаллу объединился с Эндрю Вандербургом - научным сотрудником выпускников Национального научного фонда и научным сотрудником НАСА Саганом - чтобы узнать, может ли машинное обучение добывать данные и получать больше сигналов. Первый шаг состоял в обучении нейронной сети для идентификации транзитных экзопланет с использованием набора из 15 000 предварительно проверенных сигналов из каталога экзопланет Kepler.
В тестовом наборе нейронная сеть правильно определила истинные планеты и ложные срабатывания с точностью 96%. Продемонстрировав, что он может распознавать транзитные сигналы, команда направила свою нейронную сеть на поиск более слабых сигналов в 670 звездных системах, которые уже имели несколько известных планет. К ним относятся Кеплер-80, который имел пять ранее известных планет, и Кеплер-90, который имел семь. Как указал Вандербург:
«Мы получили много ложных срабатываний планет, но также потенциально более реальных планет. Это как просеивать камни, чтобы найти драгоценности. Если у вас есть более мелкое сито, вы поймаете больше камней, но вы также можете поймать больше драгоценных камней ».
Шестая планета в Kepler-80 известна как Kepler-80g, планета размером с Землю, которая находится в резонансной цепи с пятью соседними планетами. Это происходит, когда планеты взаимной гравитацией запираются в чрезвычайно стабильную систему, подобную тому, что испытывают семь планет TRAPPIST-1. Kepler-90i, с другой стороны, является планетой размером с Землю, которая испытывает ртутные условия и орбиты за пределами 90b и 90c.
В будущем Шаллю и Вандербург планируют применить свою нейронную сеть к полному архиву Кеплера, насчитывающему более 150 000 звезд. В рамках этого массивного набора данных, вероятно, будет скрываться гораздо больше планет, и, возможно, они будут указаны в многопланетных системах, которые уже были исследованы. В этом отношении миссия Кеплера (которая уже неоценима для исследований экзопланет) показала, что она может предложить гораздо больше.
Как сказала Джесси Дотсон, исследователь проекта Кеплера из Исследовательского центра Эймса НАСА:
«Эти результаты демонстрируют непреходящую ценность миссии Кеплера. Новые подходы к получению данных - такие как это исследование на ранней стадии применения алгоритмов машинного обучения - обещают и в дальнейшем приносить существенный прогресс в нашем понимании планетных систем вокруг других звезд. Я уверен, что в данных есть больше данных, ожидающих, когда люди их найдут ».
Естественно, тот факт, что Солнечная звезда, как теперь известно, имеет систему из восьми планет (подобно нашей Солнечной системе), есть те, кто задается вопросом, может ли эта система быть хорошей ставкой для поиска внеземной жизни. Но прежде чем кто-то станет слишком взволнован, стоит отметить, что все планеты Кеплера-90 вращаются достаточно близко к звезде. Самая внешняя планета, Кеплер-90h, вращается на таком же расстоянии от своей звезды, как Земля от Солнца.
Открытие восьмой планеты вокруг другой звезды также означает, что существует система, которая конкурирует с Солнечной системой по общему количеству планет. Может быть, пришло время пересмотреть решение МАС 2006 года - вы знаете, то, где Плутон был «понижен в должности»? И в то время как мы находимся в этом, возможно, мы должны ускорить Цереру, Эриду, Хаумеа, Макемэйк, Седну и остальных для планетного существования. В противном случае, как еще мы планируем поддерживать нашу запись?
В будущем подобные процессы машинного обучения, вероятно, будут применяться к миссиям по поиску экзопланет следующего поколения, таким как транзитный спутник для съемки экзопланет (TESS) и космический телескоп Джеймса Вебба (JWST). Эти миссии планируется начать в 2018 и 2019 годах, соответственно. А тем временем от Кеплера наверняка будет еще много откровений!
