NASA en busca de planetas flotantes usando inteligencia artificial y microlente gravitacional

_{Esta ilustración muestra un planeta parecido a Júpiter solo en la oscuridad del espacio, flotando libremente sin una estrella madre. Los científicos de la misión CLEoPATRA esperan mejorar las estimaciones de masa de estos planetas descubiertos mediante microlentes. Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA}

Los cazadores de exoplanetas han encontrado miles de planetas, la mayoría orbitando cerca de sus estrellas anfitrionas, pero se han detectado relativamente pocos mundos alienígenas que flotan libremente a través de la galaxia como los llamados planetas rebeldes, no ligados a ninguna estrella. Muchos astrónomos creen que estos planetas son más comunes de lo que sabemos, pero que nuestras técnicas de búsqueda de planetas no han estado a la altura de la tarea de localizarlos.

La mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta la fecha se encontraron porque producen ligeras caídas en la luz observada de sus estrellas anfitrionas a medida que atraviesan el disco de la estrella desde nuestro punto de vista. Estos eventos se llaman tránsitos.

El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA realizará una encuesta para descubrir muchos más exoplanetas utilizando técnicas poderosas disponibles para un telescopio de campo amplio. Las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se mueven y las alineaciones al azar pueden ayudarnos a encontrar planetas rebeldes. Cuando un planeta que flota libremente se alinea con precisión con una estrella distante, esto puede hacer que la estrella brille. Durante tales eventos, la gravedad del planeta actúa como una lente que magnifica brevemente la luz de la estrella de fondo. Si bien Roman puede encontrar planetas deshonestos a través de esta técnica, llamada microlente gravitacional, hay un inconveniente: la distancia al planeta con lente es poco conocida.

_{Esta animación ilustra el concepto de microlente gravitacional con un planeta rebelde, un planeta que no orbita una estrella. Cuando el planeta rebelde parece pasar casi por delante de una estrella fuente de fondo, los rayos de luz de la estrella fuente se desvían debido al espacio-tiempo deformado alrededor del planeta en primer plano. Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Laboratorio de CI}

El científico de Goddard, el Dr. Richard K.Barry, está desarrollando un concepto de misión llamado Ensayo de paralaje de detección contemporánea y transitorio autónomo (CLEoPATRA) para aprovechar los efectos de paralaje para calcular estas distancias. El paralaje es el cambio aparente en la posición de un objeto en primer plano visto por observadores en ubicaciones ligeramente diferentes. Nuestros cerebros explotan las vistas ligeramente diferentes de nuestros ojos para que también podamos ver la profundidad. Los astrónomos del siglo XIX establecieron por primera vez las distancias a las estrellas cercanas utilizando el mismo efecto, midiendo cómo cambiaban sus posiciones en relación con las estrellas de fondo en fotografías tomadas cuando la Tierra estaba en lados opuestos de su órbita.

Funciona de forma un poco diferente con la microlente, donde la alineación aparente del planeta y la estrella de fondo distante depende en gran medida de la posición del observador. En este caso, dos observadores bien separados, cada uno equipado con un reloj preciso, presenciarían el mismo evento de microlente en momentos ligeramente diferentes. El retraso de tiempo entre las dos detecciones permite a los científicos determinar la distancia del planeta.

Para maximizar el efecto de paralaje, CLEoPATRA viajaría en una misión con destino a Marte que se lanza aproximadamente al mismo tiempo que Roman, actualmente programada para fines de 2025. Eso lo colocaría en su propia órbita alrededor del Sol que alcanzaría una distancia suficiente de Tierra para medir efectivamente la señal de paralaje de microlente y completar esta información faltante.

El concepto CLEoPATRA también respaldaría el Experimento de microlente de infrarrojos de foco PRime (PRIME), un telescopio terrestre que actualmente está equipado con una cámara que utiliza cuatro detectores desarrollados por la misión romana. Las estimaciones de masa para planetas de microlentes detectados tanto por Roman como por PRIME mejorarán significativamente mediante las observaciones de paralaje simultáneas proporcionadas por CLEoPATRA.

“CLEoPATRA estaría a una gran distancia del observatorio principal, ya sea Roman o un telescopio en la Tierra”, dijo Barry. «La señal de paralaje debería permitirnos calcular masas bastante precisas para estos objetos, aumentando así el rendimiento científico».

Stela Ishitani Silva, asistente de investigación en Goddard y Ph.D. estudiante de la Universidad Católica de América en Washington, dijo que comprender estos planetas que flotan libremente ayudará a llenar algunos de los vacíos en nuestro conocimiento sobre cómo se forman los planetas.

“Queremos encontrar múltiples planetas que flotan libremente y tratar de obtener información sobre sus masas, para que podamos entender qué es común o qué no es común en absoluto”, dijo Ishitani Silva. «Obtener la masa es importante para comprender su desarrollo planetario».

Para encontrar estos planetas de manera eficiente, CLEoPATRA, que completó un estudio de Laboratorio de Planificación de Misión en Wallops Flight Facility a principios de agosto, utilizará inteligencia artificial. El Dr. Greg Olmschenk, un investigador postdoctoral que trabaja con Barry, ha desarrollado una IA llamada RApid Machine learnEd Triage (RAMjET) para la misión.

“Trabajo con ciertos tipos de inteligencia artificial llamadas redes neuronales”, dijo Olmschenk. “Es un tipo de inteligencia artificial que aprenderá a través de ejemplos. Entonces, le da un montón de ejemplos de lo que desea encontrar y lo que desea que filtre, y luego aprenderá a reconocer patrones en esos datos para tratar de encontrar las cosas que desea conservar. y las cosas que quieres tirar «.

Eventualmente, la IA aprende lo que necesita identificar y solo enviará información importante. Al filtrar esta información, RAMjET ayudará a CLEoPATRA a superar una velocidad de transmisión de datos extremadamente limitada. CLEoPATRA tendrá que observar millones de estrellas cada hora aproximadamente, y no hay forma de enviar todos esos datos a la Tierra. Por lo tanto, la nave espacial tendrá que analizar los datos a bordo y enviar solo las mediciones de las fuentes que detecte como eventos de microlentes.

“CLEoPATRA nos permitirá estimar muchas masas de alta precisión para nuevos planetas detectados por Roman y PRIME”, dijo Barry. “Y puede permitirnos capturar o estimar la masa real de un planeta que flota libremente por primera vez, nunca antes se había hecho. Tan genial y tan emocionante. Realmente, es una nueva era dorada para la astronomía en este momento, y estoy muy emocionado por eso «.