Tecnologia Científica

Cientista procura IA, objetivando encontrar massas de planetas flutuantes
Muitos astrônomos acreditam que esses planetas são mais comuns do que sabemos, mas que nossas técnicas de localização de planetas não estão à altura da tarefa de localizá-los.
Por Julie Freijat - 06/10/2021


Esta ilustração mostra um planeta semelhante a Júpiter sozinho na escuridão do espaço, flutuando livremente sem uma estrela-mãe. Os cientistas da missão CLEoPATRA esperam melhorar as estimativas de massa de tais planetas descobertos por microlente. Crédito: Laboratório de imagem conceitual do Goddard Space Flight Center da NASA

Os caçadores de exoplanetas encontraram milhares de planetas, a maioria orbitando perto de suas estrelas hospedeiras, mas relativamente poucos mundos alienígenas foram detectados que flutuam livremente pela galáxia como os chamados planetas errantes, não ligados a nenhuma estrela. Muitos astrônomos acreditam que esses planetas são mais comuns do que sabemos, mas que nossas técnicas de localização de planetas não estão à altura da tarefa de localizá-los.

A maioria dos exoplanetas descobertos até agora foi encontrada porque eles produzem pequenas quedas na luz observada de suas estrelas hospedeiras conforme passam pelo disco da estrela de nosso ponto de vista. Esses eventos são chamados de trânsitos.

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA conduzirá uma pesquisa para descobrir muitos mais exoplanetas usando técnicas poderosas disponíveis para um telescópio de campo amplo. As estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea, se movem, e alinhamentos casuais podem nos ajudar a encontrar planetas invasores . Quando um planeta flutuante se alinha precisamente com uma estrela distante, isso pode fazer com que a estrela brilhe. Durante esses eventos, a gravidade do planeta atua como uma lente que amplia brevemente a luz da estrela de fundo. Embora Roman possa encontrar planetas desonestos por meio dessa técnica, chamada microlente gravitacional , há uma desvantagem - a distância até o planeta da lente é pouco conhecida.

O cientista de Goddard, Dr. Richard K. Barry, está desenvolvendo um conceito de missão chamado Contemporaneous LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay (CLEoPATRA) para explorar os efeitos de paralaxe para calcular essas distâncias. Paralaxe é a mudança aparente na posição de um objeto em primeiro plano, visto por observadores em locais ligeiramente diferentes. Nossos cérebros exploram as visões ligeiramente diferentes de nossos olhos, de modo que também podemos ver a profundidade. Os astrônomos do século 19 estabeleceram as distâncias a estrelas próximas usando o mesmo efeito, medindo como suas posições mudavam em relação às estrelas de fundo em fotografias tiradas quando a Terra estava em lados opostos de sua órbita.

Funciona de maneira um pouco diferente com a microlente, em que o alinhamento aparente do planeta e da estrela de fundo distante depende muito da posição do observador. Nesse caso, dois observadores bem separados, cada um equipado com um relógio preciso, testemunhariam o mesmo evento de microlente em momentos ligeiramente diferentes. O intervalo de tempo entre as duas detecções permite aos cientistas determinar a distância do planeta.

Para maximizar o efeito de paralaxe, CLEoPATRA pegaria uma carona em uma missão com destino a Marte que fosse lançada na mesma época de Roman, atualmente programada para o final de 2025. Isso o colocaria em sua própria órbita ao redor do Sol que alcançaria uma distância suficiente de Ligue à terra para medir eficazmente o sinal de paralaxe de microlente e preencher esta informação em falta.
 
O conceito CLEoPATRA também daria suporte ao PRime-focus Infrared Microlensing Experiment (PRIME), um telescópio terrestre atualmente equipado com uma câmera usando quatro detectores desenvolvidos pela missão romana. As estimativas de massa para planetas microlentes detectados por Roman e PRIME serão significativamente melhoradas por observações simultâneas de paralaxe fornecidas por CLEoPATRA.

"CLEoPATRA estaria a uma grande distância do observatório principal, seja romano ou um telescópio na Terra", disse Barry. "O sinal de paralaxe deve então nos permitir calcular massas bastante precisas para esses objetos, aumentando assim o retorno científico."

Stela Ishitani Silva, assistente de pesquisa em Goddard e Ph.D. estudante da Universidade Católica da América em Washington, disse que entender esses planetas flutuantes ajudará a preencher algumas das lacunas em nosso conhecimento de como os planetas se formam.

"Queremos encontrar vários planetas flutuantes e tentar obter informações sobre suas massas, para que possamos entender o que é comum ou o que não é comum", disse Ishitani Silva. "Obter a massa é importante para entender seu desenvolvimento planetário."

Para encontrar esses planetas com eficiência, o CLEoPATRA, que concluiu um estudo do Laboratório de Planejamento de Missão nas Instalações de Voo Wallops no início de agosto, usará inteligência artificial. O Dr. Greg Olmschenk, um pesquisador de pós-doutorado que trabalha com Barry, desenvolveu uma IA chamada RApid Machine learnEd Triage (RAMjET) para a missão.

"Trabalho com certos tipos de inteligência artificial chamados redes neurais", disse Olmschenk. "É um tipo de inteligência artificial que aprenderá por meio de exemplos. Então, você dá a ele um monte de exemplos do que deseja encontrar e do que deseja filtrar, e então ele aprenderá como reconhecer padrões em esses dados para tentar encontrar as coisas que você deseja manter e as coisas que deseja jogar fora. "

Eventualmente, a IA aprende o que precisa para identificar e só enviará informações importantes. Ao filtrar essas informações, o RAMjET ajudará o CLEoPATRA a superar uma taxa de transmissão de dados extremamente limitada. O CLEoPATRA terá que observar milhões de estrelas a cada hora mais ou menos, e não há como enviar todos esses dados para a Terra. Portanto, a espaçonave terá que analisar os dados a bordo e enviar de volta apenas as medições das fontes que detecta como eventos de microlente.

"CLEoPATRA nos permitirá estimar muitas massas de alta precisão para novos planetas detectados por Roman e PRIME", disse Barry. "E pode nos permitir capturar ou estimar a massa real de um planeta flutuando livremente pela primeira vez - nunca foi feito antes. Tão legal e tão emocionante. Na verdade, é uma nova era de ouro para a astronomia agora, e eu estou muito animado com isso. "

 

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