Искусственный интеллект и лицензирование могут помочь найти множество свободно плавающих планет

Многие астрономы считают, что эти планеты встречаются чаще, чем мы думаем, но наши методы поиска планет не справились с задачей их определения.

На этой иллюстрации показана планета, похожая на Юпитер, в темноте космоса, свободно плавающая без родительской звезды. Ученые миссии CLEoPATRA надеются улучшить оценки массы таких планет, обнаруженных с помощью микролинзирования. Предоставлено: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

Большинство экзопланет, открытых на сегодняшний день, были обнаружены, потому что они производят небольшие провалы в наблюдаемом свете их родительских звезд, когда они проходят через звездный диск с нашей точки зрения. Эти события называются транзитами.

Римский космический телескоп Нэнси Грейс НАСА проведет исследование, чтобы обнаружить еще много экзопланет, используя мощные методы, доступные для широкоугольного телескопа. Звезды в нашей галактике Млечный Путь движутся, и случайное совпадение может помочь нам найти планеты-изгоев. Когда свободно плавающая планета точно совпадает с далекой звездой, это может привести к тому, что звезда станет ярче. Во время таких событий гравитация планеты действует как линза, которая ненадолго увеличивает свет фоновой звезды. Хотя Роман может находить планеты-изгои с помощью этой техники, называемой гравитационным микролинзированием, есть один недостаток — расстояние до линзирующей планеты плохо известно.

Ученый Годдарда доктор Ричард К. Барри разрабатывает концепцию миссии под названием Contemporaneous LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay (CLEoPATRA), чтобы использовать эффекты параллакса для расчета этих расстояний. Параллакс — это очевидный сдвиг в положении объекта переднего плана, видимый наблюдателями в немного разных местах. Наш мозг использует немного разные взгляды наших глаз, поэтому мы также можем видеть глубину. Астрономы в 19 веке впервые установили расстояния до ближайших звезд, используя тот же эффект, измеряя, как их положение смещается относительно фоновых звезд на фотографиях, сделанных, когда Земля находилась на противоположных сторонах своей орбиты.

Немного по-другому это работает с микролинзированием, где видимое выравнивание планеты и далекой звезды на заднем плане сильно зависит от положения наблюдателя. В этом случае два хорошо разделенных наблюдателя, каждый из которых оснащен точными часами, будут свидетелями одного и того же события микролинзирования в несколько разное время. Задержка между двумя обнаружениями позволяет ученым определить расстояние до планеты.

Чтобы максимизировать эффект параллакса, CLEoPATRA совершит поездку на марсианскую миссию, которая стартует примерно в то же время, что и Роман, в настоящее время запланированный на конец 2025 года. Это поместит ее на свою собственную орбиту вокруг Солнца, которая достигнет достаточного расстояния от Земля, чтобы эффективно измерить сигнал параллакса микролинзирования и заполнить эту недостающую информацию.

Концепция CLEoPATRA также будет поддерживать эксперимент по инфракрасному микролинзированию PRime-focus (PRIME), наземный телескоп, который в настоящее время оснащен камерой с четырьмя детекторами, разработанными римской миссией. Массовые оценки планет с микролинзированием, обнаруженные как Roman, так и PRIME, будут значительно улучшены за счет одновременных наблюдений за параллаксом, предоставленных CLEoPATRA.

«CLEoPATRA будет находиться на большом расстоянии от главной обсерватории, римской или земного телескопа», — сказал Барри. «Затем сигнал параллакса должен позволить нам вычислить довольно точные массы этих объектов, тем самым увеличивая научную отдачу».

Стела Ишитани Силва, научный сотрудник Годдарда и доктор философии. студент Католического университета Америки в Вашингтоне сказал, что понимание этих свободно плавающих планет поможет заполнить некоторые пробелы в наших знаниях о том, как формируются планеты.

«Мы хотим найти несколько свободно плавающих планет и попытаться получить информацию об их массах, чтобы мы могли понять, что является общим, а что нет вообще», — сказал Иситани Силва. «Получение массы важно для понимания их планетарного развития».

Чтобы эффективно найти эти планеты, CLEoPATRA, которая завершила исследование Лаборатории планирования миссий в Уоллопсе в начале августа, будет использовать искусственный интеллект. Доктор Грег Олмшенк, научный сотрудник, работавший с Барри, разработал для этой миссии ИИ под названием RApid Machine learnEd Triage (RAMjET).

«Я работаю с определенными видами искусственного интеллекта, называемыми нейронными сетями, — сказал Ольмшенк. «Это тип искусственного интеллекта, который учится на примерах. Итак, вы даете ему кучу примеров того, что вы хотите найти, и того, что вы хотите отфильтровать, а затем он научится распознавать закономерности в этих данных, чтобы попытаться найти то, что вы хотите сохранить. и вещи, которые ты хочешь выбросить ».

В конце концов ИИ узнает, что ему нужно идентифицировать, и отправит обратно только важную информацию. При фильтрации этой информации RAMjET поможет CLEoPATRA преодолеть чрезвычайно ограниченную скорость передачи данных. CLEoPATRA придется наблюдать за миллионами звезд каждый час или около того, и нет никакого способа отправить все эти данные на Землю. Следовательно, космический аппарат должен будет анализировать данные на борту и отправлять обратно только измерения для источников, которые он обнаруживает как события микролинзирования.

«CLEoPATRA позволит нам с высокой точностью оценить массы новых планет, обнаруженных Roman и PRIME», — сказал Барри. «И это может позволить нам впервые зафиксировать или оценить фактическую массу свободно плавающей планеты, чего раньше никогда не было. Так круто и так захватывающе. На самом деле, сейчас наступил новый золотой век для астрономии, и я очень рад этому ».