Добрый день, меня зовут Сергей Цибульченко и в данной статье я хотел бы описать как была открыта планета TOI-1899 b, почему эта планета интересная и что необычного было в её открытии. По версии проекта Planet Hunters я являюсь соавтором открытия как и несколько других волонтёров проекта. В официальных публикациях научных работ волонтёров обычно не указывают.
Немного теории чтобы дальше было понятнее
На данный момент самым результативным методом открытия экзопланет, то есть планет в других звёздных системах, является транзитный метод.
Если проводить грубую аналогию, представьте себе фонарь в темноте. Если между вами и фонарем будет пролетать насекомое, на вас упадёт тень от насекомого и вы это заметите. Если яркость фонаря измерять светочувствительным прибором, то на мгновение прибор покажет понижение светимости фонаря в момент когда мимо пролетала букашка. Примерно так космический аппарат TESS пытается обнаружить планеты в других системах. Спутник наблюдает за звёздами и пытается регистрировать резкие изменения их светимости.
Существует огромное множество причин почему звёзды могут временно стать ярче или тусклее, планеты - это лишь одна из них. Автоматические алгоритмы отсеивают все неинтересные случаи которые скорее всего произошли не из-за тени планет. Живые люди проводят проверку среди отсеянного чтобы найти то, что не смог распознать ИИ.
У данного метода обнаружения есть один огромный минус - мы можем анализировать только те звёздные системы, которые к нам, жителям Земли, расположены строго боком и мы смотрим на экватор системы. Если же система расположена к нам полюсом, то тень планеты на нас никогда не упадёт.
В проекте Planet Hunters добровольцам предлагается посмотреть на график светимости звезды и попробовать увидеть U-образные углубления через равные интервалы. Эти углубления как раз и будут тенью планеты!
Регулярно разработчики этого проекта волонтёрам подсовывают сгенерированные изображения, а не настоящие данные. Это делается по трём причинам.
Научить пользователя находить то, что интересно для проекта и отсеивать ненужные сигналы вроде двойных звёздных систем, где звёзды по очереди закрывают друг друга и это на графике похоже на сигнал от планеты.
Оценить "вес" мнения каждого участника. Если человек часто ошибается на тестовых данных, то его отметки на реальных данных будут иметь пониженную важность при подсчете статистики.
Выявить предел человеческих возможностей. Генерируются графики различных гипотетических систем, по результатам отметок на тестовых данных определяются те варианты, которые люди всё ещё в состоянии отличить от шума, а также те случаи, которые уже за пределами человеческих возможностей и ждать подобных открытий в проекте не стоит.
Что особенного в красных карликах
Это очень мелкие и холодные звёзды. Считается, что раз звезда имеет небольшую массу, то и её протопланетный диск тоже был не очень массивным и из него сложно формироваться большим планетам, разве что очень близко к самой звезде. И то, некоторые обнаруженные планеты у красных карликов имеют очень вытянутую орбиту, что указывает на гравитационный захват пролетающего мимо объекта. То есть, планета сформировалась где-то в другом месте, а потом звезда её захватила. Или же планета зародилась очень близко, а потом в следствие катаклизма, мигрировала на другую позицию.
Что особенного в планете TOI-1899 b
Тип | Газовый гигант | |
Масса | 0,66 масс Юпитера | |
Радиус | 0,99 радиусов Юпитера | |
Орбитальный период | 29,1 земных суток | |
Радиус орбиты | 0,1525 а. е | |
Это газовый гигант размером почти как Юпитер, но заметно менее массивный. Особенность данной планеты в том, что она находится относительно далеко от своей звезды, там, где ей быть не положено. По современным представлениям и моделям формирования звёздных систем, вещества в протопланетном диске на таком расстоянии от звезды не должно было хватить для газового гиганта.
Как вариант, она могла туда мигрировать под действием внешних факторов. Но орбита планеты очень близка к окружности, что говорит о том, что чего-то катастрофического с планетой не случалось. Ни одна из текущих моделей формирования звёздных систем не может ответить на вопрос, как планета там оказалась.
А это в свою очередь ставит под сомнение наши представления об эволюции звёзд и планетарных систем, в том числе фундаментальные.
Почему ИИ не справился
Я не имею доступа к исходному коду проекта Planet Hunters TESS. Утверждения о технических возможностях проекта я знаю исключительно из общения, научных статей, постов и выступлений астрофизиков этого проекта.
В проекте есть встроенные алгоритмы поиска и фильтрации данных. Типичные сигналы от планет определяются автоматически и отправляются на финальную проверку руководящим проектом астрофизикам. В то же самое время в коде алгоритмов есть множество блоков кода if .. else где проверяются данные по звезде из имеющихся в мире каталогов. Если объект был занесён в каталог как искусственный спутник, газовое скопление, галактика или астероид, то ИИ пропускает такие объекты.
Орбитальный телескоп TESS не может непрерывно смотреть сразу во все стороны, он сканирует космос секторами. На каждый сектор спутнику выделяется 27 дней, потом аппарат переключается на следующий сектор. Когда TESS заканчивает работу со всеми секторами, он начинает обходить их заново.
Это накладывает определённые ограничения на те планеты, которые мы можем легко обнаружить. Проще всего как для ИИ, так и для людей, находить планеты, которые за 27 дней прошли по диску родительской звезды несколько раз. Другими словами, орбитальный период (год на этой планете) длится 3-4 земных дня. Множественные сигналы от таких планет отображены на одном и том же графике. А вот если период обращения планеты более 27 земных дней, то планета может быть обнаружена только при просмотре данных за все циклы наблюдений по данному сектору. Если бы мы смотрели за Солнечной системой со стороны, то для обнаружения Земли потребовалось 2-3 года непрерывного наблюдения нашего сектора чтобы получить два сигнала о проходе Земли по диску Солнца.
У TOI-1899 b год длится больше 27 дней, ИИ увидел на графике один единственный сигнал. Далее, у ИИ был выбор - поднимать архивы данных предыдущих наблюдений или же проигнорировать сигнал. ИИ проанализировал базы данных космических объектов, понял, что TOI-1899 это красный карлик. А раз на графике только один единственный сигнал, значит, исходя из глубины сигнала это большая планета с периодом обращения более 27 дней. На основании гайдлайнов от разработчиков ИИ решил, что такого быть не может, он не стал смотреть архивы и пропустил данный случай.
А вот у живых людей нет гайдлайнов которые были бы хардокодом прописаны в голове. Нам график показался подозрительным, при более близком рассмотрении мы заметили, что он является почти эталонным сигналом экзопланеты. Родительская звезда довольно спокойная, многократных перепадов светимости, вспышек и ещё чего-то, что могло объяснить сигнал другим способом, мы не обнаружили. Поскольку наши (упомянутые волонтёры на Planet Hunters) веса мнений на отметках в графике были достаточно значимыми, астрофизики проекта взяли данный случай в разработку, хоть и были настроены скептически. Ученые подняли архивы, запросили данные у других исследовательских групп.
Собранные данные были неопровержимыми доказательствами наличия планеты, которой не может быть согласно фундаментальным представлениям о звёздах главной последовательности. Факт существования TOI-1899 b ставит под сомнение те самые фундаментальные представления человечества, иначе как объяснить это открытие?
Различные исследовательские астрономические группы используют ИИ и ML-алгоритмы в своей работе, но все признают - автоматика способна работать только с тем, что уже хорошо изучено. Алгоритмы неспособны на открытие того, с чем мы ранее не имели дела. А мы не имели дела с очень многим во вселенной.
