Iga aasta möödudes avastatakse üha enam Päikeseväliseid planeete. Asjade huvitavamaks muutmiseks võimaldavad metoodika ja tehnoloogia täiustused avastada üksikute süsteemide hulgast rohkem planeete. Mõelge hiljutisele teadaandele punase kääbustähe ümber TRAPPIST-1 tuntud seitsme planeedi süsteemist. Omal ajal kehtestas see avastus rekordi enamiku eksoplaneetide kohta, mis tiirlevad ühe tähe ümber.
Noh liikuge üle TRAPPIST-1! Tänu Kepleri kosmoseteleskoobile ja masinõppele avastas Google AI ja Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse (CfA) meeskond hiljuti Kepler-90 kauges tähesüsteemis kaheksanda planeedi. Kepler -90i nime all sai selle planeedi avastamine võimalikuks tänu Google'i algoritmidele, mis tuvastasid Kepleri missiooni andmetes nõrga transiidi signaali.
Nende tulemusi kirjeldav uuring pealkirjaga „Exoplaneetide tuvastamine sügava õppimisega: viie planeedi resonantsahel ümber Kepler-80 ja kaheksa planeeti ümber Kepler-90“ ilmus hiljuti veebis ja on aktsepteeritud avaldamiseks Astronoomiaajakiri. Uurimisrühma kuulusid Christopher Shallue Google AI-st ja Andrew Vanderburg Texase ülikoolist ja CfA-st.
Päikesesarnane täht Kepler-90 asub Draco tähtkujus Maast umbes 2545 valgusaasta kaugusel. Nagu märgitud, olid varasemad uuringud osutanud tähe ümber seitsme planeedi olemasoluks, maapealsete (teise nimega kiviste) planeetide ja gaasihiiglaste kombinatsiooniks. Kuid pärast Kepleri andmete otsimiseks loodud Google'i algoritmi kasutamist kinnitas uurimisrühm, et mõne teise lähemal tiirleva planeedi signaal varitseb andmeid.
Kepleri missioon tugineb transiidimeetodile (aka. Transit Photometry), et eristada planeete heledamate tähtede ümber. See koosneb tähtede vaatlemisest perioodiliste heleduse languste korral, mis on märk sellest, et planeet möödub vaatleja suhtes tähe ees (st läbib). Oma uurimuse huvides koolitasid Shallue ja Vanderburg arvutit Kepleri salvestatud valguskõverate lugemiseks ja transiitide olemasolu kindlakstegemiseks.
See kunstlik närvivõrk sõelus läbi Kepleri andmeid ja leidis nõrgad transiidisignaalid, mis osutasid Kepler-90 ümbruses varem mööda lastud planeedi olemasolule. See avastus ei näidanud mitte ainult seda, et see süsteem sarnaneb väga meie omaga, vaid kinnitab ka tehisintellekti kasutamise väärtust arhiiviandmete kaevandamisel. Kui Kepleri andmete otsimiseks on varem kasutatud masinõpet, siis see uuring näitab, et nüüd on võimalik tuvastada ka kõige nõrgemaid signaale.
Nagu ütles NASA Washingtoni NASA astrofüüsika osakonna direktor Paul Hertz NASA värskes pressiteates:
„Nii nagu me eeldasime, peitub meie arhiivitud Kepleri andmetes põnevaid avastusi, mis ootavad õiget tööriista või tehnoloogiat nende väljakaevamiseks. See leid näitab, et meie andmed on aarete kogum, mis on innovaatilistele teadlastele kättesaadav veel aastaid. ”
See äsja avastatud planeet, mida tuntakse Kepler-90i nime all, on Maaga võrreldava suurusega kivine planeet (Maa raadius 1,32 ± 0,21), mis tiirleb ümber oma tähe perioodil 14,4 päeva. Arvestades selle tähe lähedust, arvatakse, et sellel planeedil on ekstreemsed temperatuurid 709 K (436 ° C; 817 ° F) - see muudab kuumemaks kui Merkuuri päevasel temperatuuril 700 K (427 ° C; 800 ° F).
Google'i uurimisrühma Google AI vanemaid tarkvarainseneridena tuli Shallue välja idee rakendada Kepleri andmete jaoks närvivõrku pärast seda, kui oli teada saanud, et astronoomia (nagu ka teised teaduseharud) on muutumas kiiresti „suurandmete” probleemiks. Andmete kogumise tehnoloogia täiustamisel satuvad teadlased üha suurenevate ja keerukate andmekogumite hulka. Nagu Shallue selgitas:
„Vabal ajal hakkasin googeldama“ suurte andmekogumitega eksoplaneetide leidmine ”ning sain teada Kepleri missioonist ja saadaolevast tohutust andmekogumist. Masinõpe paistab tõesti silma olukorras, kus on nii palju andmeid, et inimesed ei saa seda ise otsida. ”
Kepleri missioon kogus oma esimese nelja tegutsemisaasta jooksul andmestiku, mis koosnes 35 000 võimalikust planeedi transiidi signaalist. Varem kasutati andmetes kõige paljutõotavamate signaalide kontrollimiseks automatiseeritud teste ja mõnikord ka visuaalseid kontrolle. Kuid nende meetoditega jäeti sageli nõrkadest signaalidest mööda, jättes kümneid või isegi sadu planeete tähelepanuta.
Vaadates selle parandamist, võttis Shallue kokku Andrew Vanderburghi - Riikliku Teadusfondi kraadiõppe teaduri ja NASA Sagan-stipendiumi -, et näha, kas masinõpe võiks andmeid kaevandada ja rohkem signaale tuua. Esimene samm koosnes närvivõrgu väljaõppest, et tuvastada transiitplaneedid, kasutades 15 000 eelnevalt kontrollitud signaali komplekti Kepleri eksoplaneedi kataloogist.
Testkomplektis tuvastas närvivõrk õigesti tõelised planeedid ja valepositiivsed 96% täpsusega. Tõestanud, et see suudab transiidisignaale ära tunda, suunas meeskond oma närvivõrku nõrgemate signaalide otsimiseks 670 tähesüsteemist, millel oli juba teada mitu planeeti. Nende hulka kuulusid Kepler-80, millel oli viis varem tuntud planeeti, ja Kepler-90, millel oli seitse. Nagu Vanderburg märkis:
„Me saime palju planeetide valepositiivseid andmeid, aga ka potentsiaalselt reaalsemaid planeete. See on nagu ehete leidmiseks läbi kivide sõelumine. Kui teil on peenemat sõela, siis saate rohkem kive, kuid võite ka rohkem ehteid. ”
Kepler-80 kuuendat planeeti tuntakse Kepler-80g nime all, see on Maa suurune planeet, mis on oma viie naaberplaneediga resonantsahelas. See juhtub siis, kui planeedid on nende vastastikuse raskusastme abil lukustatud äärmiselt stabiilsesse süsteemi, sarnaselt sellega, mida kogevad TRAPPIST-1 seitse planeeti. Kepler-90i on seevastu Maa suurune planeet, mis kogeb elavhõbedasarnaseid olusid ja tiirleb väljaspool 90b ja 90c.
Tulevikus plaanivad Shallue ja Vanderburg rakendada oma närvivõrku Kepleri täisarhiivis, mis koosneb enam kui 150 000 tärnist. Selle tohutu andmekogu sees varitsevad tõenäoliselt veel paljud planeedid ja tsiteerivad juba uuritud mitme planeedi süsteeme. Sellega seoses on Kepleri missioon (mis on juba eksoplaneedi uurimisel olnud hindamatu väärtus) näidanud, et tal on palju veel pakkuda.
Nagu NASA Amesi uurimiskeskuse Kepleri projektiteadlane Jessie Dotson ütles:
Need tulemused näitavad Kepleri missiooni püsivat väärtust. Uued andmete vaatamise viisid - näiteks see varajases staadiumis tehtud uurimus masinõppe algoritmide rakendamiseks - tõotavad jätkuvalt märkimisväärset edasiminekut meie arusaamisel teiste tähtede ümbritsevatest planeedisüsteemidest. Olen kindel, et andmetes on rohkem ähvardusi, et inimesed neid leiaksid. ”
Arvestades asjaolu, et Päikesesarnasel tähel on nüüd teadaolevalt kaheksa planeedi süsteem (nagu meie Päikesesüsteem), on neid, kes imestavad, kas see süsteem võiks olla hea panus maapealse elu leidmiseks. Kuid enne, kui keegi liiga põnevil on, tasub märkida, et Kepler-90s planeedib kogu orbiidi tähe lähedale. See on kõige kaugem planeet Kepler-90h, mis tiirleb tähega sarnases kauguses nagu Maa Päike.
Kaheksanda planeedi avastamine teise tähe ümber tähendab ka seda, et seal on süsteem, mis konkureerib Päikesesüsteemiga planeetide koguarvust. Võib-olla on aeg vaadata läbi 2006. aasta IAU otsus - teate, see, kus Pluutot “deemoneeriti”? Ja kui me selleni jõuame, peaksime ehk planeedil püsimiseks kiirendama Cerese, Erise, Haumea, Makemake'i, Sedna ja ülejäänud poole. Kuidas me muidu plaanime oma rekordi säilitamist?
Tulevikus rakendatakse sarnaseid masinõppeprotsesse tõenäoliselt järgmise põlvkonna eksoplaneetide jahipidamismissioonidel, näiteks transiidisopoplaneti uuringu satelliit (TESS) ja James Webbi kosmoseteleskoop (JWST). Need missioonid on kavas käivitada vastavalt 2018. ja 2019. aastal. Ja vahepeal tuleb Keplerist kindlasti veel palju ilmutusi!
