АстрономияИскусственный интеллект

Алгоритм искусственного интеллекта, который бросил вызов микролинзированию для поиска внесолнечных планет


Астрономы Калифорнийского университета в Беркли разработали алгоритм искусственного интеллекта для поиска экзопланет, реализованный на основе кривых звездного света, полученных с помощью микролинзирования. Он показал, что математические теории, связанные с микролинзированием, являются неполными. Это исследование закладывает основу для наблюдений телескопа Нэнси Грейс Роман, запуск которого запланирован на 2027 год.

На сегодняшний день в пределах нашей галактики подтверждено существование более 5000 экзопланет, большинство из которых обнаружено методами транзита и лучевой скорости. Только около сотни были обнаружены с помощью микролинзирования. Теперь алгоритм искусственного интеллекта (ИИ), разработанный астрономами Калифорнийского университета в Беркли, может помочь в поиске внесолнечных планет, в качестве теста используя кривые блеска эффекта микролинзирования.

Кеминг Чжан, студент Калифорнийского университета в Беркли, протестировал алгоритм на кривых света микролинзирования сотен возможных орбитальных конфигураций звезд и экзопланет. Таким образом, он заметил нечто необычное, что нельзя было объяснить уже известными интерпретациями. Это может быть ключом к разгадке той стороны теории микролинзирования, о существовании которой мы еще не знали.

Микролинзирование и внесолнечные планеты

Микролинзирование является особенно подходящим методом для идентификации землеподобных экзопланет с очень широкой орбитой, подобной орбите Юпитера и Сатурна. Этот метод основан на общей теории относительности Эйнштейна. В частности, о том, как свет отклоняется гравитационным полем, создаваемым наличием массы.

Когда одиночная звезда на переднем плане проходит мимо звезды на заднем плане, яркость последней постепенно увеличивается, пока не достигнет максимума. Затем она симметрично опускается до первоначальной яркости. Но если звезда на переднем плане имеет экзопланету, она создает отдельный пик яркости внутри пика, обусловленного звездой. Увеличение яркости звезды может продолжаться до 30 дней, в то время как пик, вызванный планетой, длится несколько часов.

Слева мы видим увеличение яркости звезды на заднем плане (желтый) из-за гравитационного поля звезды между ней и нами (белый). Слева мы видим, как кривая блеска претерпевает дальнейшее увеличение из-за присутствия планеты.

Изъян в методе микролинзирования

При попытке восстановить орбитальную конфигурацию экзопланеты, которая произвела сигнал, общая теория относительности предоставляет два или более так называемых вырожденных решений для объяснения наблюдений. До настоящего времени астрономы обычно подходили к этим вырождениям упрощенно:

  1. Если свет далекой звезды проходит близко к звезде-линзе, наблюдения можно интерпретировать как широкую или узкую орбиту планеты.
  2. Если, с другой стороны, фоновый звездный свет проходит близко к планете, астрономы могут устранить неоднозначность с помощью других данных.

По словам Гауди, профессора астрономии и соавтора исследования, этих двух упрощений гравитационного микролинзирования двух тел в целом достаточно для определения масс планет и орбитальных расстояний. Однако они не дают общего представления обо всех возможных случаях. На самом деле, такие интерпретации не могут объяснить все неоднозначности, обнаруженные в ходе наблюдений.

Алгоритм искусственного интеллекта для поиска внесолнечных планет

Используя алгоритм искусственного интеллекта, разработанный в Калифорнийском университете в Беркли, на кривых света микролинзирования, Чжан пришел к выводу, что общепринятые интерпретации микролинзирования на самом деле являются лишь частными случаями более широкой теории. Эта гипотеза может объяснить разнообразие неоднозначностей в событиях микролинзирования. Чжан объяснил:

Две предыдущие теории вырождения касаются случаев, когда звезда на заднем плане проходит близко к звезде переднего плана или планете переднего плана. Алгоритм ИИ показал нам сотни примеров не только из этих двух случаев, но и из ситуаций, когда звезда проходит мимо ни звезды, ни планеты и не может быть объяснена ни одной из предыдущих теорий. Это стало ключом к созданию новой объединяющей теории.

Новая гипотеза микролинзирования и наблюдательные последствия

После многочисленных наблюдений Чжан и Гауди представили новую статью, строго описывающую новую математику, основанную на общей относительности. В статье рассматривается теория в ситуациях микролинзирования, когда на орбите звезды вращается более одной экзопланеты. Новая теория делает интерпретацию наблюдений микролинзирования технически более неоднозначной, поскольку существует несколько вырожденных решений для описания наблюдений.

Теория также наглядно демонстрирует, что наблюдение одного и того же события микролинзирования с двух точек зрения облегчает установление правильных орбит и масс. Например, с Земли и с орбиты космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман.

Именно этим и планируют заняться астрономы в настоящее время. "Искусственный интеллект предложил способ взглянуть на уравнение в новом свете и обнаружить нечто действительно глубокое в его математике", — сказал Джошуа Блум, исследователь из Беркли и соавтор исследования.

Одна из главных целей космического телескопа НАСА имени Нэнси Грейс Роман, запуск которого запланирован на 2027 год, — обнаружить тысячи других экзопланет с помощью микролинзирования. Благодаря новому исследованию и алгоритму искусственного интеллекта ученые уверены, что наблюдения будут давать все более точные результаты.

Подписывайтесь на нас
Back to top button