Старые данные, новые открытия: интервью о том, как астрономы находят экзопланеты в архивах

1В закладки

Рене Хеллер из Института исследования Солнечной системы общества Макса Планка обратил на себя внимание научного сообщества, когда вместе со своими коллегами смог открыть восемнадцать пропущенных экзопланет в старых данных космической обсерватории “Кеплер”. И его команде снова удалось найти планету – вращающуюся около солнцеподобной звезды и несколько схожую с Землёй. В чём же секрет метода доктора Хеллера и его команды?

Большинство из обнаруженных на данный момент экзопланет было открыто методом транзитной фотометрии. В чём суть данного метода и почему он так успешен?

Метод транзита подразумевает поиск небольших, но регулярных падений яркости у звёзд. Такие мини-затмения могут быть вызваны прохождением планеты перед диском светила. Эти мини-затмения, собственно, и называют транзитами. Но тут есть загвоздка: нельзя определить, имеется ли у звезды транзитная планета (или планета вообще) просто взглянув на неё. Для того чтобы обнаружить транзиты требуется проводить очень долгие и непрерывные наблюдения: они могут затягиваться на несколько недель, а то и лет. Но даже их может быть недостаточно: для того, чтобы метод сработал, орбита экзопланеты должна находиться в плоскости нашего наблюдения. Статистически, лишь одна из ста экзопланет удовлетворяет этому условию. Поэтому неплохо было бы наблюдать большое количество звёзд одновременно.

Транзитная фотометрия на самом деле не имеет какого-либо преимущества перед другими методами поиска экзопланет. Он, скорее, напоминает поиск иголки в стоге сена. А его успех – это большая заслуга орбитального телескопа “Кеплер”, который в общей сложности смог открыть более половины всех известных сегодня экзопланет.

За последние годы вам удалось усовершенствовать стандартный метод транзита. В чём фокус?

Всего несколько лет назад огромное количество данных, передаваемое с космических телескопов, заставляло нас очень сильно упрощать компьютерные поисковые алгоритмы. Более того, некоторые поисковые алгоритмы были построены таким образом, что сначала ухудшали качество данных через дискретное объединение, а затем искали в плохих данных транзиты. Только такой подход помогал анализировать информацию, одновременно поступающую от большого количества звёзд, каждой из которых соответствуют годы непрерывных замеров яркости, за приемлемые периоды времени в несколько дней или недель. Однако, развитие вычислительных мощностей не стоит на месте. Поэтому в последние несколько лет у нас появилась возможность использовать другой алгоритм.

Я и мой коллега Майкл Хиппке, который является IT-специалистом, усовершенствовали стандартную процедуру поиска транзитов экзопланет, просто убрав из алгоритма дискретное объединение. Часть возросшей нагрузки была переложена на современный компьютерный процессор. Но нам также пришлось переписать алгоритм практически с нуля. И мы сделали его более эффективным – теперь он работает даже на обычном ноутбуке. Отныне вы можете найти экзопланету, путешествуя в каком-нибудь поезде, с компьютером на коленях.

Сколько пропущенных экзопланет вам удалось обнаружить?

Пока из данных телескопа “Кеплер” удалось выудить восемнадцать достоверно существующих экзопланет. KOI-456.04 является девятнадцатой планетой, которую не удалось обнаружить стандартными методами поиска. На самом деле, мы обнаружили в данных ещё несколько десятков кандидатов. Но мы изучим информацию более тщательно, прежде чем сообщать о них сообществу. Нам не хотелось бы выдавать погрешность в измерениях за целый мир. 

Мы использовали новый алгоритм не только для своих нужд. Другие учёные также устанавливали наш код на свои компьютеры и пользовались им в собственных исследованиях. Не удивлюсь, если наш алгоритм станет чем-то вроде стандарта в деле поиска экзопланет.

Похоже, что данные с космического телескопа “Кеплер” практически полностью проанализированы учёными. Тем не менее, ожидаете ли вы каких-то открытий небольших планет, вроде Земли?

Я согласен с тем, что возможности обнаружения экзопланет в данных “Кеплера” традиционными методами почти исчерпаны. Но наши первые поиски с помощью нового алгоритма показывают, что всё ещё имеется вероятность найти в данных что-нибудь любопытное. Будто бы мы большую часть пыли из помещения вымели с помощью мётел, а оставшиеся крошки и пылинки собираем с помощью совка и щётки. Но эти пылинки могут представлять собой землеподобные миры, которые являются, пожалуй, самыми ценным объектами изучения в экзопланетологии.

За девять лет работы телескоп “Кеплер” собрал данные примерно от 150 тысяч звёзд. Как вы решаете, каким из них стоит уделять больше внимания, а каким – нет?
Тщательный отбор звёзд для повторных наблюдений был решающим фактором в открытии экзопланет. Тут был использован кое-какой трюк: мы не брали первую попавшуюся из 150 тысяч звёзд, наблюдаемых “Кеплером”, а сосредоточились лишь на объектах программы К2.

Космическая обсерватория “Кеплер” внесла огромный вклад в развитие экзопланетологии

К2 – это программа наблюдений, созданная после поломки телескопа. В ходе неё было обнаружено 517 звёзд с зафиксированными транзитами. Чтобы проверить способности нашего нового алгоритма, мы дали ему просмотреть изменения яркости каждой из этих звёзд для того, чтобы поискать новые планеты, которые могли быть упущены стандартными методами обнаружения.

Нам удалось найти как все уже обнаруженные планеты, так и 18 новых. 18 из 517 – возможно, не так уж и много. Но количество планет не играет тут решающую роль. Более важным является тот факт, что все вновь открытые экзопланеты намного меньше, чем большинство известных нам – они примерно того же размера, что и Земля. Именно по этой причине их и не удалось обнаружить изначально.

После того, как мы изучили данные миссии К2, мы перешли к основной миссии “Кеплера”. Она проводилась с 2009 по 2013 год и в ходе неё удалось обнаружить более четырёх тысяч транзитов. Нас снова ждал успех. Мы обнаружили около солнцеподобной звезды Kepler-160 планету-кандидат KOI-456.04 радиусом в 1,9 земных.

Почему вы говорите об этой планете как о кандидате в экзопланеты?

Согласно одной из наших статистических методик вероятность того, что наблюдаемый сигнал является свидетельством наличия планеты, составляет 85 процентов. То есть можно поставить шесть к одному, что это не статистическая ошибка или погрешность инструмента. Я бы сказал, что это хорошая ставка. Но как астроному, мне хотелось бы видеть вероятность в 99%. 99 к 1 – и тогда мы дадим KOI-456.04 планетарный статус. Пока это хороший кандидат.

Почему так важно столь пристально изучать планетную систему одной звезды? Что удаётся узнать из таких индивидуальных случаев?

Человечество вкладывает в наблюдения за наиболее интересными экзопланетами не только большие усилия и средства, но также сердце и душу. Несмотря на то, что финансовые вложения в космические исследования составляют всего лишь одну тысячную часть военного бюджета, мы не хотим тратить такое ценное время наблюдений впустую. Время наблюдения при помощи серьёзных телескопов – будь то наземных или космических – стоит очень больших денег. И нам бы не хотелось потратить это время на интересную цель только для того, чтобы обнаружить, что самой цели не существует.

Kepler-62 – одна из самых любопытных систем, открытых во время работы орбитального телескопа “Кеплер”

Вот почему в исследовании нам пришлось приложить большие усилия для того, чтобы статистически определить планетарный статус полученного сигнала. Строго говоря, эта часть была самой трудной в нашей работе. Мы с Майклом успели обнаружить KOI-456.04 в мае 2019 года после всего лишь нескольких дней компьютерного анализа. Следующий шаг – описание системы звезды Kepler 160 – также занял много времени, но мы многое внедрили по части автоматизации методов работы. В следующий раз мы будем быстрее. Нам не понадобится целый год для того, чтобы провести проверку кандидатов после их выявления. А хорошая новость в том, что несколько десятков этих самых кандидатов мы уже обнаружили.

Источник

Что ещё почитать об экзопланетах?

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

12
Войдите, чтобы видеть комментарии, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.