I primi esopianeti scoperti grazie al motore di apprendimento automatico di Google

Il sistema di Kepler-90 paragonato al sistema solare (Immagine NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)
Il sistema di Kepler-90 paragonato al sistema solare (Immagine NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)

In una conferenza stampa è stata annunciata la prima scoperta di esopianeti effettuata grazie al motore di apprendimento automatico TensorFlow creato da Google. I ricercatori Christopher Shallue e Andrew Vanderburg hanno addestrato questo sistema per fargli riconoscere esopianeti nei dati raccolti dal telescopio spaziale Kepler della NASA. I due esopianeti annunciati sono Kepler-90i e Kepler-80g ma è solo l’inizio per un nuovo modo per cercare esopianeti, soprattutto quelli più piccoli che lasciano tracce molto deboli.

Google ha rilasciato il proprio motore di apprendimento automatico (machine learning) TensorFlow come libreria libera / open source poco più di 2 anni fa permettendo a chiunque di usarla liberamente adattandola a lavori molto diversi. Christopher Shallue è un ingegnere di Google che lavora per la divisione dell’azienda che si occupa di intelligenza artificiale e assieme al ricercatore postdoc della NASA Andrew Vanderburg ha adattato TensorFlow alla ricerca di esopianeti. Un articolo che descrive questa ricerca è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista “The Astronomical Journal”.

Il telescopio spaziale Kepler permette di scoprire esopianeti con il metodo del transito. In sostanza, quando un esopianeta passa di fronte alla sua stella provoca una minuscola eclissi che può essere rilevata con strumenti molto sofisticati come quelli di Kepler, in grado di misurare i piccolissimi cambiamenti nella luminosità di una stella dovuti a un transito. La conferma dell’esistenza di un esopianeta e ancor più di vari esopianeti in un sistema stellare richiede un’analisi dei dati raccolti.

L’addestramento del nuovo sistema è stato condotto usando un insieme di dati raccolti dalle osservazioni del telescopio spaziale Kepler della NASA. 15.000 segnali precedentemente controllati dall’enorme catalogo di Kepler e la rete neurale basata su TensorFlow ha identificato con successo gli esopianeti ma anche i falsi positivi nel 96% dei casi.

A quel punto, i ricercatori hanno provato a fornire al sistema dati più deboli appartenenti a 670 sistemi stellari in cui erano già stati scoperti vari esopianeti. Essi infatti ritengono che quel tipo di sistema costituisca un candidato ideale per trovarne altri.

Gli esopianeti più grandi sono quelli più facili da trovare mentre l’analisi delle tracce più deboli, relative a esopianeti piccoli, può essere davvero difficile. Andrew Vanderburg l’ha paragonata alla ricerca di gioielli tra le rocce con un setaccio: avendo un setaccio più fine si prendono più rocce ma si possono prendere anche più gioielli. Nell’uso di una rete neurale applicato a segnali più deboli, ciò significa che i ricercatori hanno trovato più falsi positivi ma anche nuovi candidati esopianeti.

Tra i due esopianeti confermati è stata data molta importanza a Kepler-90i perché parte di un sistema stellare a poco più di 2.500 anni luce dalla Terra in cui ora sono stati confermati 8 pianeti. Si tratta del primo sistema con un numero di pianeti pari a quelli del sistema solare e anche nelle posizioni ci sono delle similitudini perché i pianeti rocciosi sono i più vicini alla loro stella mentre i pianeti più grandi sono all’esterno.

La grande differenza tra i due sistemi stellari è nelle dimensione perché quello della stella Kepler-90 è decisamente più piccolo. L’orbita del pianeta più esterno, Kepler-90h, è simile a quella della Terra mentre quello appena scoperto, Kepler-90i, è molto vicino alla sua stella perciò il suo anno dura circa 14,4 giorni terrestri. La loro stella è un po’ più piccola del Sole perciò Kepler-90i è un po’ più grande della Terra ma le condizioni su di esso sono probabilmente simili a quelle di Mercurio.

L’altro esopianeta scoperto grazie a questa ricerca è Kepler-80g, il sesto del suo sistema stellare. Le sue dimensioni sono simili a quelle della Terra e quattro dei suoi vicini sono in una situazione che vede risonanze orbitali come il sistema di TRAPPIST-1 con la conseguenza che sono molto stabili.

Questo è solo l’inizio per questo tipo di ricerca. Altri esopianeti potranno essere scoperti che sono piccoli oppure sono più lontani dalla loro stella perciò non transitano in continuazione di fronte ad essa. Questo tipo di analisi potrà essere adattato anche ai dati raccolti da altri cacciatori di pianeti permettendo di ottenere un balzo in avanti nella loro ricerca.

Le orbite dei pianeti di Kepler-90 e quelle dei pianeti del sistema solare (Immagine NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)
Le orbite dei pianeti di Kepler-90 e quelle dei pianeti del sistema solare (Immagine NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)

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