La NASA recherche des planètes flottantes grâce à l’intelligence artificielle et à la microlentille gravitationnelle

La NASA recherche des planètes flottantes grâce à l'intelligence artificielle et à la microlentille gravitationnelle
Planète voyou semblable à Jupiter

Cette illustration montre une planète semblable à Jupiter seule dans l’obscurité de l’espace, flottant librement sans étoile parente. Les scientifiques de la mission CLEoPATRA espèrent améliorer les estimations de masse de ces planètes découvertes grâce à la microlentille. Crédit : Laboratoire d’images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA

Les chasseurs d’exoplanètes ont trouvé des milliers de planètes, la plupart en orbite près de leurs étoiles hôtes, mais relativement peu de mondes extraterrestres ont été détectés qui flottent librement à travers la galaxie en tant que planètes voyous, non liées à aucune étoile. De nombreux astronomes pensent que ces planètes sont plus courantes que nous ne le pensons, mais que nos techniques de recherche de planètes n’ont pas été à la hauteur de la tâche de les localiser.

La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour l’ont été parce qu’elles produisent de légers creux dans la lumière observée de leurs étoiles hôtes lorsqu’elles traversent le disque de l’étoile de notre point de vue. Ces événements sont appelés transits.

NasaLe télescope spatial romain Nancy Grace mènera une enquête pour découvrir de nombreuses autres exoplanètes en utilisant des techniques puissantes disponibles pour un télescope à grand champ. Les étoiles de notre voie Lactée les galaxies se déplacent et les alignements aléatoires peuvent nous aider à trouver des planètes voyous. Lorsqu’une planète flottante s’aligne précisément avec une étoile éloignée, cela peut faire briller l’étoile. Lors de tels événements, la gravité de la planète agit comme une lentille qui grossit brièvement la lumière de l’étoile de fond. Alors que Roman peut trouver des planètes voyous grâce à cette technique, appelée microlentille gravitationnelle, il y a un inconvénient – ​​la distance à la planète lentille est mal connue.


Cette animation illustre le concept de microlentille gravitationnelle avec une planète voyou – une planète qui n’orbite pas autour d’une étoile. Lorsque la planète voyou semble passer presque devant une étoile source en arrière-plan, les rayons lumineux de l’étoile source se courbent en raison de l’espace-temps déformé autour de la planète au premier plan. Crédit : Goddard Space Flight Center/CI Lab de la NASA

Le scientifique de Goddard, le Dr Richard K. Barry, développe un concept de mission appelé Contemporaneous LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay (CLEoPATRA) pour exploiter les effets de parallaxe pour calculer ces distances. La parallaxe est le décalage apparent de la position d’un objet au premier plan tel que vu par les observateurs dans des endroits légèrement différents. Notre cerveau exploite les vues légèrement différentes de nos yeux afin que nous puissions également voir la profondeur. Les astronomes du XIXe siècle ont d’abord établi les distances par rapport aux étoiles proches en utilisant le même effet, mesurant comment leurs positions se déplaçaient par rapport aux étoiles d’arrière-plan sur des photographies prises lorsque la Terre était sur les côtés opposés de son orbite.

Cela fonctionne un peu différemment avec la microlentille, où l’alignement apparent de la planète et de l’étoile d’arrière-plan distante dépend grandement de la position de l’observateur. Dans ce cas, deux observateurs bien séparés, chacun équipé d’une horloge précise, assisteraient au même événement de microlentille à des moments légèrement différents. Le délai entre les deux détections permet aux scientifiques de déterminer la distance de la planète.

Pour maximiser l’effet de parallaxe, CLEoPATRA ferait du stop sur un Mars-mission liée qui se lance à peu près en même temps que Roman, actuellement prévue pour fin 2025. Cela le placerait sur sa propre orbite autour du Soleil qui atteindrait une distance suffisante de la Terre pour mesurer efficacement le signal de parallaxe de la microlentille et remplir cette information manquante .

Le concept CLEoPATRA soutiendrait également le PRIme-focus Infrared Microlensing Experiment (PRIME), un télescope au sol actuellement équipé d’une caméra utilisant quatre détecteurs développés par la mission romaine. Les estimations de masse des planètes à microlentilles détectées par Roman et PRIME seront considérablement améliorées par les observations de parallaxe simultanées fournies par CLEoPATRA.

“CLEoPATRA serait à une grande distance du principal observatoire, soit romain, soit un télescope sur Terre”, a déclaré Barry. “Le signal de parallaxe devrait alors nous permettre de calculer des masses assez précises pour ces objets, augmentant ainsi le rendement scientifique.”

Stela Ishitani Silva, assistante de recherche à Goddard et Ph.D. étudiant à l’Université catholique d’Amérique à Washington, a déclaré que la compréhension de ces planètes flottantes aiderait à combler certaines des lacunes dans nos connaissances sur la formation des planètes.

“Nous voulons trouver plusieurs planètes flottantes et essayer d’obtenir des informations sur leurs masses, afin que nous puissions comprendre ce qui est commun ou pas commun du tout”, a déclaré Ishitani Silva. “L’obtention de la masse est importante pour comprendre leur développement planétaire.”

Afin de trouver efficacement ces planètes, CLEoPATRA, qui a terminé une étude du laboratoire de planification de mission à Wallops Flight Facility début août, utilisera l’intelligence artificielle. Le Dr Greg Olmschenk, chercheur postdoctoral travaillant avec Barry, a développé une IA appelée RAPid Machine learnEd Triage (RAMjET) pour la mission.

“Je travaille avec certains types d’intelligence artificielle appelés réseaux de neurones”, a déclaré Olmschenk. « C’est un type d’intelligence artificielle qui apprendra par des exemples. Donc, vous lui donnez un tas d’exemples de ce que vous voulez trouver et de ce que vous voulez qu’il filtre, puis il apprendra à reconnaître des modèles dans ces données pour essayer de trouver les choses que vous voulez conserver et les choses que vous voulez jeter.

Finalement, l’IA apprend ce qu’elle doit identifier et ne renverra que des informations importantes. En filtrant ces informations, RAMjET aidera CLEoPATRA à surmonter un débit de transmission de données extrêmement limité. CLEoPATRA devra observer des millions d’étoiles toutes les heures environ, et il n’y a aucun moyen d’envoyer toutes ces données à la Terre. Par conséquent, le vaisseau spatial devra analyser les données à bord et renvoyer uniquement les mesures des sources qu’il détecte comme des événements de microlentille.

“CLEoPATRA nous permettra d’estimer de nombreuses masses de haute précision pour les nouvelles planètes détectées par Roman et PRIME”, a déclaré Barry. “Et cela peut nous permettre de capturer ou d’estimer la masse réelle d’une planète flottante pour la première fois, ce qui n’a jamais été fait auparavant. Tellement cool et tellement excitant. Vraiment, c’est un nouvel âge d’or pour l’astronomie en ce moment, et je suis juste très excité à ce sujet.

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