Umelá inteligencia objavila systém s ôsmimi planétami

Vedci aplikovali odbor umelej inteligencie na údaje z družice Kepler poľujúcej na exoplanéty a výsledkom bol objav prvého systému obsahujúceho 8 planét, samozrejme okrem našej slnečnej sústavy. Neurónové siete, aplikácia umelej inteligencie, môžu vedieť robiť všeličo, od diagnostiky rakoviny prsníka po riadenie auta. Teraz pomohli detegovať aj planéty. Unikátna spolupráca medzi astronómami a inžiniermi z Googlu vyústila do neurónovej siete, ktorá sa prebojovala cez predbežný súbor exoplanét detegovaných satelitom Kepler, pričom učinila objav dvoch exoplanét veľkosti Zeme. Prvou je Kepler-90i, pravdepodobne skalnatá planéta patriaca do prvého 8-planétového systému mimo toho nášho vlastného. A je to sústava riadne „skompresovaná": všetkých 8 planét by ste našli vo vnútri dráhy Zeme. Druhou je Kepler-80g, šiesta planéta v systéme, obiehajúca okolo hviezdy v rezonancii so štyrmi svojimi spolupútnikmi. Rezonancia dáva dráhe stabilitu a dokonca sú tieto planéty ešte tesnejšie rozmiestnené než v prípade Kepler-90. Obidve planéty majú rozmery podobné ako Zem, ale svoju hviezdu obehnú len za približne 14 dní, takže nenúkajú príjemné podmienky pre život. Povrchové teploty týchto planét sú 700 K (427^oC) a 420 K   (147 ^oC). Sú to len dve z 2525 potvrdených planét objavených doteraz Keplerom. Ale to ešte nie je všetko: najnovšie objavy sú dôležité kvôli možnostiam, ktoré sľubujú. Vesmírny ďalekohľad Kepler odštartoval v roku 2009 s cieľom detegovať planéty veľkosti Zeme a v takej vzdialenosti od svojej hviezdy ako je Zem od Slnka – proste inými slovami, dvojčatá našej Zeme. Ale hlavná misia Keplera bola po 4 rokoch skrátená a dvojčatá Zeme zostali na samom okraji toho, čo mohol Kepler detegovať použitím tradičnej analýzy. Tu je teda tradičná metóda: Kepler monitoruje hviezdu, zaznamenáva jej jasnosť v čase - vytvára tzv. svetelnú krivku. Potom sa algoritmus programu na spracovanie dát pozrie na opakujúce sa poklesy na svetelnej krivke, ktoré môžu indikovať prechádzajúcu (tranzitujúcu) exoplanétu popred hviezdu. Potom triedia výsledky už ľudia – spolu nejakých 30 000 signálov – a starostlivo vyberajú tie, ktoré prichádzajú z neplanetárnych zdrojov, ako sú napr. dvojhviezdy. Ale čo keby sme chceli preskúmať všetky signály, ktoré našiel Kepler, aj tie, ktoré by ani náhodou nemali pochádzať od planét? Niektoré reálne planéty sú pravdepodobne skryté v signáloch práve na hraniciach možnosti detekcie, ale veľké množstvo dát je pre spracovanie jednoducho nad ľudské sily. Veľké súbory dát to je to, čo je pre inžiniera z Googlu Christophera Shalluea bežnou vecou. Teraz pracuje pre „Google Brain" (Mozog Google), oddelenie spoločnosti pre umelú inteligenciu. Keď si prečítal o kope dát z Keplera, zamyslel sa nad tým, či by umelá inteligencia nemohla pomôcť identifikovať nové planéty. Spojil sa s astronómom Andrewom Vanderburgom (University of Texas, Austin), aby to zistil. Neurónové siete sú voľne inšpirované štruktúrou ľudského mozgu: „neuróny" robia jednoduché výpočty a potom odovzdávajú informáciu nasledujúcej vrstve neurónov. Pri takomto spôsobe sa môže počítač „učiť" identifikovať napr. psa na obrázku, či exoplanétu zo svetelnej krivky z Keplera. Neurónové siete sú počítačové algoritmy voľne založené na obrovskom množstve spojení (synáps) medzi neurónmi v mozgu. Každý „neurón" je jednoduchý matematický vzorec, ktorý funguje ako prepínač, zapne sa, ak rozozná určitý vzor a každá vrstva neurónov odovzdá svoj výsledok nasledujúcej vrstve. Kombinovaním dostatočného množstva vrstiev spolu s tréningovými dátami sa dá stroj naučiť, čo má rozoznať a vy potom môžete klasifikovať obrázok či je to mačka alebo pes – alebo svetelnú krivku, či pochádza od tranzitu exoplanéty, alebo nie. Shallue skonštruoval neurónovú sieť a trénoval ju na rozoznávanie planét, pričom použil 15 000 svetelných kriviek z Keplera preskúmavaných predtým človekom. Potom Vanderburg prebehol svetelné krivky z predbežného súboru 670 hviezd štandardným postupom na identifikáciu signálov, dokonca aj veľmi slabých, aby zásobil algoritmus dostatočným množstvom dát. Neurónová sieť zachytila 4 pravdepodobné planéty („pravdepodobné" znamená v tomto prípade, že alegoritmus bol správny v 96% času v teste). Dve z nich, Kepler-90i a Kepler-80g sa zdajú byť reálne planéty – je pravdepodobnosť len 1 . 10 000, že nie sú. Dajme tomu, že Kepler-90i a Kepler-80g sú obe príliš horúce na to, aby boli dvojčatami Zeme, ale boli objavené v malom výbere dát z Keplera. Shallue a Vanderburg chcú rozšíriť svoj súbor dát tak, aby obsiahol všetkých 150 000 hviezd v zornom poli kozmického ďalekohľadu Kepler. Nebránia sa ani špekuláciám o tom, koľko planét by mohli ešte objaviť. Dvojica vedcov však tiež varuje pred jednoduchou extrapoláciou týchto výsledkov na iné misie a aj na hlbšie skúmanie dát z Keplera. Neurónové siete by sa mohli volať umelo inteligentné, ale ich algoritmus je dobrý len v tom, čo sa konkrétne naučil, nemôže však zovšeobecňovať to, čo sa naučil, ako to robí človek. Ak astronómovia chcú aplikovať podobné metódy aj na budúcej misii Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), ktorá by mala odštartovať v tomto roku, budú potrebovať zostaviť iný algoritmus a znova ho natrénovať. Exoplanéta Kepler-90i obieha svoju hviezdu, ktorá je o niečo hmotnejšia a svietivejšia než Slnko. Podobne ako v slnečnej sústave, ale na rozdiel od iných systémov objavených Keplerom, planéty okolo tejto hviezdy sú segregované – menšie sú bližšie k nej a väčšie sú ďalej. Na prvý pohľad sa zdá, že to súhlasí so štandardným modelom toho, ako planéty vznikajú – väčšie plynné obry vznikajú ďalej, kde môžu molekuly kondenzovať na ľad. Ale všetkých 8 planét okolo hviezdy Kepler-90 obieha vo vnútri tzv. „snežnej čiary". „Planéty museli migrovať smerom dovnútra," hovorí Vanderburg. V ranej histórii sústavy, planéty mohli interagovať s protoplanetárnym diskom, z ktorého vznikli, a pomaly špirálovali dovnútra, pričom sa zachovávalo ich poradie. Ale, upozorňuje Vanderburg, „my ešte stále celkom dobre nerozumieme procesu vzniku planét a ich migrácii." Zatiaľ čo Kepler detegoval 8 planét v systéme Kepler-90, celkom dobre tu môže byť skrytých v Keplerových meraniach ešte viac planét. Vanderburg sa o tom vyjadruje takto: „Bolo by pre mňa takmer prekvapenie, ak by okolo tejto hviezdy nebolo viac planét."

Publikované v časopise QUARK 3/2018, RNDr. Zdeněk Komárek

Zdroj obrázkov: www.nasa.gov/ames/kepler