Искусственный интеллект нашел новые экзопланеты

Вчера в 9 часов вечера по московскому времени началась конференция NASA, на которой специалисты исследовательского центра Годдарда, команда космического телескопа «Кеплер» и разработчики искусственного интеллекта Google рассказали о новых экзопланетах, открытых с помощью искусственного интеллекта.

Вокруг звезды Kepler-90 на расстоянии 2 545 световых лет от Земли вращается восемь планет – столько же, сколько в Солнечной системе; восьмая и самая далекая от звезды Kepler-90i – горячая каменистая планета с периодом обращения вокруг звезды 14,4 дня – была обнаружена не людьми, а алгоритмом машинного обучения Google, анализировавшим собранную «Кеплером» фотометрию.

Космический телескоп «Кеплер» измеряет светимость звезд на небольшом участке звездного неба и обнаруживает экзопланеты по периодическим изменениям светимости, возникающим, когда планеты проходят по диску своих звезд. За годы работы (телескоп был запущен в 2009 году, текущая, вторая миссия началась в 2014 г.) «Кеплер» накопил огромный массив данных.

Разработчик ИИ Google Кристофер Шаллю (Christopher Shallue) и астроном Эндрю Вандербург (Andrew Vanderburg) пропустили через алгоритм машинного обучения ранее обработанные вручную данные «Кеплера» и обнаружили восьмую планету в системе звезды Kepler-90 в созвездии Дракона, семь планет которой уже были известны. Повторный анализ светимости Kepler-90 обнаружил еще один слабый сигнал, говорящий о присутствии восьмой планеты, и позволил оценить ее размеры и физические характеристики.

Планета, получившая название Kepler-90i, похожа на Меркурий: она небольшая и каменистая, расположена ближе других планет к своей звезде и поэтому раскалена; температура на ее поверхности, по расчетам специалистов, превышает 400 градусов Цельсия.

Орбиты других ее планет-соседей расположены очень близко друг к другу, орбита крайней из них, Kepler-90h, удалена от звезды на расстояние, примерно равное расстоянию от Солнца до Земли. На конференции Вандербург назвал Kepler-90 мини-версией Солнечной системы: в ней также есть небольшие каменистые планеты и газовые гиганты, но их орбиты расположены очень близко друг к другу и к звезде.

Идея использовать ИИ для поиска экзопланет пришла к программисту Шаллю, когда он узнал, что современная астрономия накопила массив данных, который слишком огромен для обработки вручную. «В свободное от работы время я загуглил “поиск экзопланет с большим массивом данных” и наткнулся на миссию “Кеплер”», – рассказал Шаллю на пресс-конференции. За последние четыре года работы телескоп выявил 35 тысяч сигналов, которые потенциально могут означать наличие экзопланет. Самые многообещающие из них выявляются и верифицируются с помощью специализированного ПО и вручную, но оба эти способа иногда пропускают самые слабые паттерны – такие, как тот, что обнаружил ИИ в светимости звезды Kepler-90.

Сначала Шаллю и Вандербург «натренировали» алгоритм на 15 тысячах ранее обработанных сигналах из каталога «Кеплера»; к концу сессии нейросеть верно определяла сигналы, говорящие о присутствии экзопланет, в 96% случаев. Затем в нейросеть загрузили данные о светимости 670 звезд, вокруг которых ранее уже нашли экзопланеты. Ученые рассчитывали на то, что алгоритм обнаружит слабые и потому пропущенные людьми сигналы. Нейросеть неоднократно делала ошибочные заключения, принимая за экзопланеты случайные сигналы и шумы, но некоторые из ее результатов оказались вполне убедительными: в системе звезды Kepler-80 она обнаружила шестую планету, находящуюся в ритмическом орбитальном резонансе с четырьмя другими, а в системе Kepler-90 нейросеть подтвердила существование восьмой планеты.

Теперь Шаллю и Вандербург планируют обработать с помощью ИИ полный архив данных «Кеплера», содержащий измерения яркости более 150 тысяч звезд.

Статья с описанием открытий, сделанных с помощью ИИ на основе данных «Кеплера», готовится к публикации в журнале The Astronomical Journal.