Kosmicznie skuteczne narzędzie. "Kosmos pęka w szwach"
Nowe narzędzie nie tylko znajduje planety, ale też pomaga ocenić, jak często różne ich typy występują wokół gwiazd podobnych do Słońca.
Algorytmy znów z kopniaka weszły do astronomii, ale tym razem nie chodzi o efektowną wizualizację ani automatyczne podpisywanie zdjęć z kosmosu. Zespół z University of Warwick użył narzędzia o nazwie RAVEN do przeczesania danych z teleskopu TESS i dzięki temu zwalidował 118 egzoplanet, z czego 31 zostało wykrytych po raz pierwszy właśnie w tej pracy. Co jeszcze ciekawsze, system nie zatrzymał się na pojedynczych odkryciach. Wyłapał też ponad 2000 bardzo mocnych kandydatów na planety, w tym około 1000 zupełnie nowych.
RAVEN nie jest zwykłym filtrem do danych
RAVEN to nie jeden model AI wrzucony na szybko do bazy obserwacji, tylko cały pipeline, czyli zautomatyzowany łańcuch analizy. Najpierw wyszukuje w krzywych blasku sygnały przypominające tranzyty, czyli niewielkie spadki jasności gwiazdy wywołane przejściem planety przed jej tarczą. Potem używa modeli uczenia maszynowego wytrenowanych na realistycznych symulacjach, żeby odróżnić prawdziwe planety od fałszywych alarmów, takich jak układy podwójne zaćmieniowe czy zakłócenia instrumentalne. Na końcu przeprowadza jeszcze statystyczną walidację najsilniejszych sygnałów.
Dr Andreas Hadjigeorghiou z Warwick podkreśla, że największe wyzwanie polega nie na samym zauważeniu spadku blasku, ale na odpowiedzi, czy rzeczywiście patrzymy na planetę, a nie na coś, co tylko ją udaje. RAVEN ma działać od początku do końca, a nie tylko na jednym kawałku procesu. Dzięki temu nie produkuje po prostu kolejnej długiej listy podejrzanych sygnałów, lecz katalog znacznie lepiej oczyszczony z fałszywych trafień.
TESS dał im ogromne pole do popisu
Sam materiał wejściowy też robi duże wrażenie. Badacze przeanalizowali dane z ponad 2,2 mln gwiazd ciągu głównego dobrze scharakteryzowanych przez misję Gaia i obserwowanych przez TESS w pierwszych 4 latach działania, czyli w sektorach 1-55. Interesowały ich planety bardzo bliskie swoim gwiazdom, z okresem obiegu od 0,5 do 16 dni. Właśnie takie światy najłatwiej łapać metodą tranzytową, ale jednocześnie bardzo łatwo pomylić je z innymi zjawiskami, jeśli katalog kandydatów nie jest dobrze oczyszczony.
TESS sam w sobie jest do takich polowań świetnym narzędziem. Satelita wystartował w 2018 r. i w rozszerzonej misji nadal skanuje niebo w poszukiwaniu egzoplanet oraz innych obiektów zmiennych. RAVEN nie zastępuje więc TESS, tylko wydobywa z jego archiwum więcej, niż dało się wyciągnąć klasycznymi metodami albo przynajmniej robi to szybciej i spójniej. AI przesiała gigantyczną górę danych, w której część światów po prostu tonęła w szumie i wątpliwościach.
Ponad setka planet robi wrażenie, ale równie ważne jest to, jakie to planety
Wśród 118 zwalidowanych obiektów są grupy szczególnie cenne z punktu widzenia astronomów. Warwick wymienia planety o ultrakrótkim okresie obiegu, czyli takie, które okrążają swoją gwiazdę w mniej niż dobę, rzadkie planety z pustyni neptunowej oraz ciasne układy wieloplanetarne, w tym wcześniej nieznane pary planet wokół tej samej gwiazdy. To klasy obiektów, które bardzo dużo mówią o tym, jak planety powstają, migrują i jak długo potrafią przetrwać skrajnie blisko swojej gwiazdy.
Szczególnie ciekawa jest tu wspomniana pustynia neptunowa. To obszar parametrów, w którym planety wielkości zbliżonej do Neptuna powinny być rzadkie, bo intensywne promieniowanie gwiazdy może zdzierać z nich atmosferę albo zaburzać ich ewolucję. Zespół z Warwick podaje, że takie obiekty występują wokół gwiazd podobnych do Słońca z częstością zaledwie 0,08 proc. i twierdzi, że to pierwsza bezpośrednia, tak precyzyjna miara jak pusta jest ta pustynia. To już nie brzmi jak ciekawostka katalogowa, tylko jak bardzo konkretna informacja o fizyce ewolucji planet.
Tu nie chodzi tylko o odkrywanie światów
RAVEN nie został użyty tylko po to, by dopisać kolejne nazwy do listy egzoplanet. Dzięki temu, że pipeline jest jednorodny i dobrze skalibrowany, zespół mógł przejść do badań populacyjnych, czyli spróbować policzyć, jak często różne typy bliskich planet pojawiają się wokół gwiazd podobnych do Słońca. Warwick podaje, że około 9-10 proc. takich gwiazd ma bliską planetę, a wynik jest zgodny z wcześniejszymi wnioskami z misji Kepler, tylko z niepewnościami nawet do 10 razy mniejszymi.
W astronomii samo znalezienie obiektu jest ekscytujące, ale równie ważne jest zbudowanie próbki, która nadaje się do statystyki. Jeśli katalog jest nierówny, pełen różnych metod, progów i selekcji, to bardzo trudno uczciwie powiedzieć, jak powszechne są konkretne typy planet. RAVEN ma właśnie tę przewagę, że buduje znacznie czystszą i bardziej jednorodną bazę. A to oznacza, że może być przydatny nie tylko do kolejnych odkryć, ale też do porządnego mapowania całej egzoplanetarnej demografii.
Zwalidowana planeta to nie zawsze to samo co klasycznie potwierdzona
Zwróćmy uwagę na jeden, ważny aspekt. Astronomowie używają kilku poziomów pewności. Kandydat to sygnał, który wygląda obiecująco, ale może się okazać fałszywym alarmem. Walidacja oznacza, że po przejściu przez modele, testy i analizę statystyczną prawdopodobieństwo scenariusza, że to naprawdę planeta staje się bardzo wysokie. To nie zawsze musi oznaczać klasyczne potwierdzenie każdej planety osobnym zestawem dodatkowych obserwacji, np. metodą prędkości radialnych, ale jest to już poziom, na którym obiekt można traktować jako wiarygodny element próbki naukowej.
To rozróżnienie jest ważne właśnie dlatego, że RAVEN znalazł także ponad 2 tys. wysokiej jakości kandydatów. One nie są jeszcze wszystkie nowymi światami w tym samym sensie co 118 zwalidowanych planet, ale są bardzo cenną listą obiektów do dalszych badań. Wśród nich są zarówno kandydaci całkiem nowi, jak i takie cele, które nadają się do dokładniejszych obserwacji z Ziemi lub z kolejnych misji kosmicznych.
Największy sens tego narzędzia może dopiero nadejść
Zespół udostępnił też interaktywne narzędzia i katalogi, które mają pomóc innym badaczom wybierać najlepsze cele do dalszych obserwacji. RAVEN nie jest więc jednorazowym pokazem możliwości AI, tylko narzędziem budującym fundament pod kolejne lata pracy. Szczególnie ważne będzie to przy nowych projektach, takich jak europejski PLATO, ale także przy dalszej pracy z teleskopami naziemnymi i archiwami TESS.
Przeczytaj także:
Astronomia weszła w etap, w którym danych jest już za dużo, by spokojnie przerabiać je ręcznie albo półręcznie. Jeśli chcemy nie tylko zachwycać się pojedynczymi niezwykłymi planetami, ale naprawdę zrozumieć, jak często powstają różne światy i jakie układy są typowe, to bez takich narzędzi po prostu się nie da. RAVEN nie zastępuje astronomów. On pozwala im wreszcie ogarnąć skalę problemu, która już dawno przerosła tradycyjne podejście.
