Ogni anno che passa, vengono scoperti sempre più pianeti extra-solari. Per rendere le cose più interessanti, i miglioramenti nella metodologia e nella tecnologia stanno permettendo la scoperta di più pianeti all'interno dei singoli sistemi. Considera il recente annuncio di un sistema a sette pianeti attorno alla stella nana rossa conosciuta come TRAPPIST-1. A quel tempo, questa scoperta ha stabilito il record per la maggior parte degli esopianeti in orbita attorno a una sola stella.
Bene, sposta su TRAPPIST-1! Grazie al telescopio spaziale Kepler e all'apprendimento automatico, un team di Google AI e il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian (CfA) hanno recentemente scoperto un ottavo pianeta nel lontano sistema stellare di Kepler-90. Conosciuta come Kepler -90i, la scoperta di questo pianeta è stata resa possibile grazie agli algoritmi di Google che hanno rilevato prove di un debole segnale di transito nei dati della missione di Keplero.
Lo studio che descrive i loro risultati, intitolato "Identificare gli esopianeti con l'apprendimento profondo: una catena risonante a cinque pianeti intorno a Kepler-80 e un pianeta otto intorno a Kepler-90", è recentemente apparso online ed è stato accettato per la pubblicazione in The Astronomical Journal. Il team di ricerca era composto da Christopher Shallue di Google AI e Andrew Vanderburg dell'Università del Texas e del CfA.
Kepler-90, una stella simile al Sole, si trova a circa 2.545 anni luce dalla Terra nella costellazione del Draco. Come notato, precedenti sondaggi avevano indicato l'esistenza di sette pianeti attorno alla stella, una combinazione di pianeti terrestri (aka rocciosi) e giganti gassosi. Ma dopo aver utilizzato un algoritmo di Google creato per cercare tra i dati di Keplero, il team di ricerca ha confermato che il segnale di un altro pianeta in orbita più vicino si nascondeva all'interno dei dati.
La missione di Keplero si basa sul metodo di transito (noto anche come fotometria di transito) per discernere la presenza di pianeti attorno a stelle più luminose. Ciò consiste nell'osservare stelle per cali periodici di luminosità, che indicano che un pianeta sta passando davanti alla stella (cioè in transito) rispetto all'osservatore. Per motivi di studio, Shallue e Vanderburg hanno addestrato un computer a leggere le curve di luce registrate da Keplero e determinare la presenza di transiti.
Questa "rete neurale" artificiale setacciò i dati di Keplero e trovò deboli segnali di transito che indicavano la presenza di un pianeta precedentemente scomparso intorno a Keplero-90. Questa scoperta non solo ha indicato che questo sistema è molto simile al nostro, ma conferma anche il valore dell'utilizzo dell'intelligenza artificiale per estrarre i dati di archivio. Mentre l'apprendimento automatico è stato usato per cercare i dati di Kepler in precedenza, questa ricerca dimostra che ora è possibile distinguere anche i segnali più deboli.
Come ha affermato Paul Hertz, direttore della Divisione Astrofisica della NASA a Washington, in un recente comunicato stampa della NASA:
“Proprio come ci aspettavamo, ci sono interessanti scoperte in agguato nei nostri dati archiviati di Keplero, in attesa dello strumento o della tecnologia giusta per scoprirli. Questa scoperta mostra che i nostri dati saranno un tesoro a disposizione di ricercatori innovativi per gli anni a venire. "
Questo pianeta appena scoperto, noto come Kepler-90i, è un pianeta roccioso di dimensioni comparabili alla Terra (1,32 ± 0,21 raggi terrestri) che orbita attorno alla sua stella per un periodo di 14,4 giorni. Data la sua vicinanza alla sua stella, si ritiene che questo pianeta abbia temperature estreme di 709 K (436 ° C; 817 ° F) - rendendolo più caldo del massimo diurno di Mercurio di 700 K (427 ° C; 800 ° F).
Come ingegnere informatico senior con il team di ricerca di Google Google AI, Shallue ha avuto l'idea di applicare una rete neurale ai dati di Keplero dopo aver appreso che l'astronomia (come altre branche della scienza) sta rapidamente diventando una preoccupazione per i "big data". Man mano che la tecnologia per la raccolta dei dati diventa più avanzata, gli scienziati si trovano inondati da insiemi di dati di dimensioni e complessità sempre crescenti. Come ha spiegato Shallue:
"Nel mio tempo libero, ho iniziato a cercare su Google" la ricerca di esopianeti con set di dati di grandi dimensioni "e ho scoperto la missione di Keplero e l'enorme set di dati disponibili. L'apprendimento automatico brilla davvero in situazioni in cui ci sono così tanti dati che gli umani non possono cercarli da soli ".
La missione di Keplero, nei suoi primi quattro anni di attività, ha accumulato un set di dati che consisteva in 35.000 possibili segnali di transito planetario. In passato, test automatici e talvolta ispezioni visive sono stati utilizzati per verificare i segnali più promettenti nei dati. Tuttavia, i segnali più deboli sono stati spesso persi con questi metodi, lasciando decine o addirittura centinaia di pianeti non presi in considerazione.
In cerca di un miglioramento, Shallue ha unito Andrew Vanderburgh, un membro della National Science Foundation Graduate Research Fellow e della NASA Sagan Fellow, per vedere se l'apprendimento automatico potrebbe estrarre i dati e generare più segnali. Il primo passo consisteva nell'addestrare una rete neurale per identificare i pianeti extrasolari in transito usando un set di 15.000 segnali precedentemente controllati dal catalogo dei pianeti extrasolari Keplero.
Nel set di test, la rete neurale ha identificato correttamente pianeti veri e falsi positivi con un tasso di accuratezza del 96%. Avendo dimostrato di poter riconoscere i segnali di transito, il team ha quindi diretto la propria rete neurale alla ricerca di segnali più deboli nei sistemi a 670 stelle che avevano già più pianeti noti. Questi includevano Kepler-80, che aveva cinque pianeti precedentemente noti, e Kepler-90, che ne aveva sette. Come indicato da Vanderburg:
“Abbiamo ottenuto molti falsi positivi dei pianeti, ma anche potenzialmente più pianeti reali. È come setacciare le rocce per trovare gioielli. Se hai un setaccio più fine, allora prenderai più pietre ma potresti anche catturare più gioielli. ”
Il sesto pianeta in Kepler-80 è noto come Kepler-80g, un pianeta delle dimensioni della Terra che si trova in una catena risonante con i suoi cinque pianeti vicini. Ciò si verifica quando i pianeti sono bloccati dalla loro gravità reciproca in un sistema estremamente stabile, simile all'esperienza dei sette pianeti di TRAPPIST-1. Kepler-90i, d'altra parte, è un pianeta delle dimensioni della Terra che sperimenta condizioni e orbite simili a Mercurio al di fuori di 90b e 90c.
In futuro, Shallue e Vanderburg hanno in programma di applicare la loro rete neurale all'archivio completo di Keplero di oltre 150.000 stelle. All'interno di questo enorme set di dati, è probabile che molti altri pianeti siano in agguato e citino probabilmente all'interno di sistemi multi-planetari che sono già stati esaminati. A questo proposito, la missione di Keplero (che è già stata preziosa per la ricerca sugli esopianeti) ha dimostrato di avere molto di più da offrire.
Come diceva Jessie Dotson, scienziata di progetto di Kepler presso il Centro ricerche Ames della NASA:
"Questi risultati dimostrano il valore duraturo della missione di Keplero. Nuovi modi di esaminare i dati - come questa ricerca nella fase iniziale per applicare algoritmi di apprendimento automatico - promette di continuare a produrre progressi significativi nella nostra comprensione dei sistemi planetari attorno ad altre stelle. Sono sicuro che ci sono più primati nei dati in attesa che le persone li trovino ".
Naturalmente, il fatto che una stella simile al Sole sia ora conosciuta per avere un sistema di otto pianeti (come il nostro Sistema Solare), ci sono alcuni che si chiedono se questo sistema potrebbe essere una buona scommessa per trovare una vita extra-terrestre. Ma prima che qualcuno si ecciti troppo, vale la pena notare che i pianeti Kepler-90 orbitano tutti piuttosto vicino alla stella. È il pianeta più esterno, Kepler-90h, orbita a una distanza simile alla sua stella come la Terra fa con il Sole.
La scoperta di un ottavo pianeta attorno a un'altra stella significa anche che esiste un sistema là fuori che rivaleggia con il Sistema solare in numero totale di pianeti. Forse è tempo che riconsideriamo la decisione IAU del 2006 - sai, quella in cui Plutone è stato "retrocesso"? E mentre ci siamo, forse dovremmo accelerare Cerere, Eris, Haumea, Makemake, Sedna e il resto per planethood. Altrimenti, in che altro modo pensiamo di mantenere il nostro record?
In futuro, simili processi di apprendimento automatico saranno probabilmente applicati alle missioni di caccia di esopianeti di prossima generazione, come il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e il James Webb Space Telescope (JWST). Il lancio di queste missioni è previsto nel 2018 e nel 2019, rispettivamente. E nel frattempo, ci saranno sicuramente molte altre rivelazioni provenienti da Keplero!
