Cứ mỗi năm trôi qua, ngày càng có nhiều hành tinh ngoài mặt trời được phát hiện. Để làm cho vấn đề trở nên thú vị hơn, những cải tiến về phương pháp và công nghệ đang cho phép khám phá ra nhiều hành tinh hơn trong các hệ thống riêng lẻ. Hãy xem xét thông báo gần đây về một hệ thống bảy hành tinh xung quanh ngôi sao lùn đỏ được gọi là TRAPPIST-1. Vào thời điểm đó, phát hiện này đã thiết lập kỷ lục cho hầu hết các ngoại hành tinh quay quanh một ngôi sao.
Hãy di chuyển qua TRAPPIST-1! Nhờ Kính viễn vọng Không gian Kepler và máy học, một nhóm từ Google AI và Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA) gần đây đã phát hiện ra một hành tinh thứ tám trong hệ thống sao xa xôi của Kepler-90. Được biết đến với cái tên Kepler -90i, việc phát hiện ra hành tinh này có thể thực hiện được nhờ các thuật toán của Google đã phát hiện bằng chứng về tín hiệu quá cảnh yếu trong dữ liệu nhiệm vụ của Kepler.
Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ, có tiêu đề là Nhận dạng ngoại hành tinh với học tập sâu: Chuỗi cộng hưởng năm hành tinh quanh Kepler-80 và Tám hành tinh quanh Kepler-90, gần đây đã xuất hiện trực tuyến và đã được chấp nhận để xuất bản trong Tạp chí thiên văn. Nhóm nghiên cứu bao gồm Christopher Shallue của Google AI và Andrew Vanderburg của Đại học Texas và CfA.
Kepler-90, một ngôi sao giống như Mặt trời, nằm cách Trái đất khoảng 2.545 năm ánh sáng trong chòm sao Draco. Như đã lưu ý, các cuộc khảo sát trước đây đã chỉ ra sự tồn tại của bảy hành tinh xung quanh ngôi sao, sự kết hợp giữa các hành tinh trên mặt đất (hay còn gọi là đá) và người khổng lồ khí. Nhưng sau khi sử dụng thuật toán Google được tạo để tìm kiếm thông qua dữ liệu Kepler, nhóm nghiên cứu đã xác nhận rằng tín hiệu của một hành tinh khác có quỹ đạo gần hơn ẩn giấu trong dữ liệu.
Nhiệm vụ Kepler dựa vào Phương pháp Chuyển tuyến (hay còn gọi là Phương pháp trắc quang chuyển tuyến) để phân biệt sự hiện diện của các hành tinh xung quanh các ngôi sao sáng hơn. Điều này bao gồm các ngôi sao quan sát các điểm sáng định kỳ, đó là một dấu hiệu cho thấy một hành tinh đang đi qua phía trước ngôi sao (tức là quá cảnh) so với người quan sát. Để phục vụ cho nghiên cứu của họ, Shallue và Vanderburg đã đào tạo một máy tính để đọc các đường cong ánh sáng được ghi lại bởi Kepler và xác định sự hiện diện của quá cảnh.
Mạng nơ-ron nhân tạo này đã được sàng lọc thông qua dữ liệu Kepler và tìm thấy tín hiệu quá cảnh yếu cho thấy sự hiện diện của một hành tinh bị bỏ lỡ trước đó quanh Kepler-90. Phát hiện này không chỉ chỉ ra rằng hệ thống này rất giống với hệ thống của chúng tôi, nó còn xác nhận giá trị của việc sử dụng trí tuệ nhân tạo để khai thác dữ liệu lưu trữ. Mặc dù học máy đã được sử dụng để tìm kiếm dữ liệu Kepler trước đây, nghiên cứu này chứng minh rằng ngay cả những tín hiệu yếu nhất hiện nay cũng có thể được nhận ra.
Như Paul Hertz, giám đốc bộ phận vật lý thiên văn của NASA ở Washington, cho biết trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Đúng như chúng tôi dự đoán, có những khám phá thú vị ẩn giấu trong dữ liệu Kepler được lưu trữ của chúng tôi, chờ đợi công cụ hoặc công nghệ phù hợp để khai quật chúng. Phát hiện này cho thấy dữ liệu của chúng tôi sẽ là một kho báu dành cho các nhà nghiên cứu sáng tạo trong nhiều năm tới.
Hành tinh mới được phát hiện này, được gọi là Kepler-90i, là một hành tinh đá có kích thước tương đương Trái đất (1,32 ± 0,21 bán kính Trái đất) quay quanh ngôi sao của nó trong khoảng thời gian 14,4 ngày. Với vị trí gần với ngôi sao của mình, hành tinh này được cho là có nhiệt độ cực cao 709 K (436 ° C; 817 ° F) - khiến nó nóng hơn so với sao Thủy Mercury nhiệt độ cao ban ngày 700 K (427 ° C; 800 ° F).
Là một kỹ sư phần mềm cao cấp với nhóm nghiên cứu Google AI của Google, Shallue đã nảy ra ý tưởng áp dụng mạng thần kinh vào dữ liệu của Kepler sau khi biết rằng thiên văn học (như các ngành khoa học khác) đang nhanh chóng trở thành mối lo ngại về dữ liệu lớn. Khi công nghệ thu thập dữ liệu trở nên tiên tiến hơn, các nhà khoa học thấy mình bị ngập trong các tập dữ liệu có kích thước và độ phức tạp ngày càng tăng. Như Shallue đã giải thích:
Trong thời gian rảnh rỗi, tôi bắt đầu tìm kiếm tìm các ngoại hành tinh với bộ dữ liệu lớn và tìm hiểu về nhiệm vụ Kepler và bộ dữ liệu khổng lồ có sẵn. Học máy thực sự tỏa sáng trong những tình huống có quá nhiều dữ liệu mà con người có thể tự tìm kiếm nó.
Nhiệm vụ Kepler, trong bốn năm đầu hoạt động, đã tích lũy một bộ dữ liệu bao gồm 35.000 tín hiệu quá cảnh hành tinh có thể. Trước đây, các kiểm tra tự động và đôi khi kiểm tra trực quan đã được sử dụng để xác minh các tín hiệu hứa hẹn nhất trong dữ liệu. Tuy nhiên, các tín hiệu yếu nhất thường bị bỏ qua với các phương thức này, khiến hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm hành tinh không thể đếm được.
Tìm cách cải thiện vấn đề này, Shallue đã hợp tác với Andrew Vanderburgh - Nghiên cứu sinh sau đại học của Quỹ Khoa học Quốc gia và NASA Sagan Fellow - để xem liệu học máy có thể khai thác dữ liệu và thu được nhiều tín hiệu hơn không. Bước đầu tiên bao gồm đào tạo một mạng lưới thần kinh để xác định các ngoại hành tinh chuyển tiếp bằng cách sử dụng một bộ 15.000 tín hiệu được hiệu chỉnh trước đó từ danh mục ngoại hành tinh Kepler.
Trong bộ thử nghiệm, mạng lưới thần kinh đã xác định chính xác các hành tinh thật và dương tính giả với tỷ lệ chính xác 96%. Sau khi chứng minh rằng nó có thể nhận ra tín hiệu chuyển tuyến, nhóm nghiên cứu sau đó đã hướng mạng lưới thần kinh của họ để tìm kiếm các tín hiệu yếu hơn trong các hệ thống sao 670 đã có nhiều hành tinh đã biết. Chúng bao gồm Kepler-80, có năm hành tinh được biết đến trước đó và Kepler-90, có bảy hành tinh. Như Vanderburg đã chỉ ra:
Chúng tôi có rất nhiều mặt tích cực giả của các hành tinh, nhưng cũng có khả năng nhiều hành tinh thực sự hơn. Nó giống như rây qua đá để tìm đồ trang sức. Nếu bạn có một cái rây mịn hơn thì bạn sẽ bắt được nhiều đá hơn nhưng bạn cũng có thể bắt được nhiều đồ trang sức hơn.
Hành tinh thứ sáu trong Kepler-80 được gọi là Kepler-80g, một hành tinh có kích thước Trái đất nằm trong chuỗi cộng hưởng với năm hành tinh lân cận. Điều này xảy ra khi các hành tinh bị khóa bởi lực hấp dẫn lẫn nhau của chúng vào một hệ thống cực kỳ ổn định, tương tự như những gì mà bảy hành tinh TRAPPIST-1 Lôi trải qua. Kepler-90i, mặt khác, là một hành tinh có kích thước Trái đất trải qua các điều kiện và quỹ đạo giống như Sao Thủy bên ngoài 90b và 90c.
Trong tương lai, Shallue và Vanderburg có kế hoạch áp dụng mạng lưới thần kinh của họ vào kho lưu trữ đầy đủ hơn 150.000 ngôi sao của Kepler. Trong bộ dữ liệu khổng lồ này, nhiều hành tinh khác có khả năng bị ẩn giấu và có thể trích dẫn trong các hệ thống đa hành tinh đã được khảo sát. Về mặt này, nhiệm vụ Kepler (vốn đã là vô giá đối với nghiên cứu ngoại hành tinh) đã cho thấy rằng nó còn nhiều thứ nữa để cung cấp.
Như Jessie Dotson, nhà khoa học dự án Kepler, thuộc Trung tâm nghiên cứu NASA Am Ames, đã viết:
Những kết quả này chứng minh giá trị lâu dài của nhiệm vụ Kepler. Những cách nhìn mới về dữ liệu - như nghiên cứu ở giai đoạn đầu này để áp dụng thuật toán học máy - hứa hẹn sẽ tiếp tục mang lại những tiến bộ đáng kể trong sự hiểu biết của chúng ta về các hệ hành tinh xung quanh các ngôi sao khác. Tôi chắc chắn có nhiều dữ liệu đầu tiên đang chờ mọi người tìm thấy.
Đương nhiên, thực tế là một ngôi sao giống như Mặt trời hiện được biết là có một hệ thống gồm 8 hành tinh (như Hệ Mặt trời của chúng ta), có những người tự hỏi liệu hệ thống này có thể là một lựa chọn tốt để tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Nhưng trước khi bất cứ ai cảm thấy quá phấn khích, điều đáng chú ý là các hành tinh của Kepler-90 đều có quỹ đạo khá gần với ngôi sao. Hành tinh ngoài cùng của nó, Kepler-90h, quay quanh một khoảng cách tương tự như ngôi sao của nó giống như Trái đất đối với Mặt trời.
Việc phát hiện ra một hành tinh thứ tám xung quanh một ngôi sao khác cũng có nghĩa là có một hệ thống ngoài kia đối nghịch với Hệ Mặt trời trong tổng số hành tinh. Có lẽ đã đến lúc chúng tôi xem xét lại quyết định IAU năm 2006 - bạn có biết, nơi mà Sao Diêm Vương bị hạ bệ không? Và trong khi chúng tôi tập trung vào nó, có lẽ chúng ta nên nhanh chóng theo dõi Ceres, Eris, Haumea, Makemake, Sedna và phần còn lại cho kế hoạch. Nếu không, làm thế nào khác chúng ta có kế hoạch duy trì hồ sơ của chúng tôi?
Trong tương lai, các quy trình học máy tương tự có thể sẽ được áp dụng cho các nhiệm vụ săn ngoại hành tinh thế hệ tiếp theo, như Vệ tinh Khảo sát Exoplanet (TESS) và Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Các nhiệm vụ này dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2018 và 2019, tương ứng. Và trong khi đó, chắc chắn sẽ có nhiều tiết lộ đến từ Kepler!
