Штучний інтелект та лінзування використовуватимуть для визначення мас планет у вільному плаванні

Мисливці за екзопланетами знайшли тисячі планет, більшість з яких обертаються навколо своїх зірок-господарів, але було виявлено відносно небагато інопланетних світів, які вільно плавають по галактиці у вигляді так званих планет-ізгоїв, не прив′язаних до жодної зорі. Багато хто з астрономів вважає, що ці планети зустрічаються частіше, ніж ми думаємо, але наші методи не можуть впоратися з їх пошуком.

Про це розповідають у Центрі космічних польотів НАСА ім. Годдарда.

Більшість екзопланет, виявлених на сьогодні, були знайдені тому, що вони виробляють невеликі падіння у спостережуваному світлі своїх зірок-господарів, коли проходять через диск зорі з нашої точки зору. Ці події називаються транзитами.

Космічний телескоп НАСА Ненсі Грейс Роман проведе опитування для виявлення ще багатьох екзопланет, використовуючи потужні методи, доступні для ширококутного телескопа. Зорі у нашій галактиці Чумацький Шлях рухаються, і випадкові вирівнювання можуть допомогти нам знайти планети-ізгої. Коли планета у вільному плаванні точно вирівнюється з далекою зорею, це може призвести до того, що зоря стане яскравішою. Під час таких подій гравітація планети діє як лінза, яка на короткий час збільшує світло фонової зорі. Хоча Роман може знайти планети-ізгої за допомогою цієї техніки, званої гравітаційним мікролінзуванням, є один недолік – відстань до планети-лінзи погано відома.

Вчений Годдарда, доктор Річард К. Баррі розробляє концепцію місії під назвою «Сучасний аналіз паралаксу лінзування та автономний аналіз перехідних процесів» (CLEoPATRA) для використання ефекту паралаксу при обчисленні цих відстаней. Паралакс – це вдаваний зсув положення об’єкта переднього плану для спостерігачів у різних місцях. Наш мозок використовує трохи різні погляди з наших очей для того, щоб ми могли бачити глибину. Астрономи у XIX столітті вперше встановили відстань до зірок неподалік до нас, використовуючи той самий ефект при вимірюванні того, як змістилося їх положення відносно фонових зірок на фотографіях, зроблених, коли Земля знаходилася на протилежних сторонах своєї орбіти.

Це працює трохи інакше з мікролінзуванням, де вдаване вирівнювання планети та далекої фонової зорі сильно залежить від положення спостерігача. У цьому випадку два дуже відокремлених спостерігача, кожен з яких має точний годинник, стануть свідками однієї й тієї ж події мікролінзування у дещо різний час. Часова затримка між двома виявленнями дозволяє вченим визначати відстань до планети.

Для максимізування ефекту паралаксу, CLEoPATRA приєднають до марсіанської місії, яка стартує приблизно у той же час, що і космічний телескоп Роман, – наразі заплановано на кінець 2025 року. Це дозволить вивести її на власну орбіту навколо Сонця, яка знаходитиметься на достатній відстані від Землі для ефективного вимірювання сигналу паралакса мікролінзування та отримання інформації, якої не вистачає.

Концепцію CLEoPATRA також підтримуватиме "Експеримент з інфрачервоного мікролінзування з первинним фокусом" (PRIME) – наземний телескоп, який зараз оснащується камерою з чотирма детекторами, розроблених місією Роман. Оцінки мас планет з мікролінзуванням, виявлені як Роман, так і PRIME, будуть значно покращені одночасними паралаксними спостереженнями, наданими CLEoPATRA.

"CLEoPATRA знаходитиметься на великій відстані від основної обсерваторії – Роман, або телескопа на Землі", - сказав Баррі. "Тоді сигнал паралаксу повинен дозволити нам обчислити досить точні маси для цих об′єктів, тим самим збільшуючи наукову віддачу".

Стелла Ісітані Сільва, наукова співробітниця Годдарда та аспірантка Католицького університету Америки у Вашингтоні каже, що розуміння цих планет у вільному плаванні допоможе заповнити деякі прогалини у наших знаннях про те, як утворюються планети.

"Ми хочемо знайти кілька планет у вільному плаванні та спробувати отримати інформацію про їх маси, щоб зрозуміти, що для них характерно, а що ні", - сказала Ісітані Сільва. "Отримання інформації про масу важливо для розуміння їх планетарного розвитку".

Для ефективного пошуку цих планет, CLEoPATRA, яка на початку серпня завершила дослідження у Лабораторії планування місій на космодромі Воллопс, використовуватиме штучний інтелект. Д-р Грег Ольмшенк, постдокторант, який працює з Баррі, розробив для цієї місії штучний інтелект під назвою "Швидке сортування з машинним навчанням" (RAMjET).

"Я працюю з певними видами штучного інтелекту, які називаються нейронними мережами", - сказав Ольмшенк. "Це тип штучного інтелекту, який навчатиметься на прикладах. Отже, ви наводите йому купу прикладів того, що ви хочете знайти, та того, чого ви хочете, щоб він відфільтрував, а потім він навчиться розпізнавати закономірності в цих даних, щоб спробувати знайти речі, які ви хочете зберегти, та речі, які ви хочете відкинути".

Зрештою, ШІ дізнається, що йому потрібно ідентифікувати, і буде надсилати лише важливу інформацію. Фільтруючи цю інформацію, RAMjET допоможе CLEoPATRA подолати надзвичайно обмежену швидкість передачі даних. CLEoPATRA доведеться спостерігати за мільйонами зірок приблизно кожну годину, і немає ніякої можливості надіслати всі ці дані на Землю. Тому космічному апарату доведеться аналізувати дані на борту та надсилати лише вимірювання для джерел, які він визначить як події мікролінзування.

"CLEoPATRA дозволить нам оцінити багато високоточних мас для нових планет, виявлених Роман та PRIME", - сказав Баррі. "І це може дозволити нам вперше зафіксувати чи оцінити фактичну масу планет у вільному плаванні – що ніколи раніше не робилося. Так круто й так захопливо. Дійсно, зараз новий золотий вік для астрономії, і я просто дуже в захваті від цього".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.