Нейронные сети обнаружили дополнительные планеты в системах Kepler-80 и Kepler-90

С помощью технологии машинного обучения в данных «Кеплера» были выявлены транзиты планет Kepler-80 g и Kepler-90 i радиусами 1.13 и 1.32 радиусов Земли и орбитальными периодами 14.65 и 14.45 земных суток, соответственно. Тем самым общее количество планет в этих системах достигло шести и восьми.

Владислава Ананьева

В рамках основной миссии (март 2009 – май 2013 года) космический телескоп им. Кеплера снимал высокоточную фотометрию около 200 тысяч звезд, расположенных на Поле Кеплера – области небесной сферы площадью около 105 квадратных градусов, расположенной в районе созвездий Лебедя и Лиры. В результате было обнаружено более 2.3 тыс. транзитных планет и около 4.5 тыс. транзитных кандидатов. Команда «Кеплера» искала в данных транзиты с помощью автоматического алгоритма Kepler pipeline, другие научные коллективы использовали свои алгоритмы или (как в случае интернет-проекта Охотники за планетами) просматривали кривые блеска силами волонтеров, глазами. Хотя Kepler pipeline находил большинство транзитных кандидатов, некоторые кандидаты им пропускались, но обнаруживались людьми-волонтерами или другими алгоритмами.

Для совершенствования автоматического поиска транзитных кандидатов в данных «Кеплера» были применены технологии машинного обучения (т.н. Deep Neural Networks – «Глубокие нейронные сети»). 14 декабря 2017 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная поиску дополнительных транзитных кандидатов в уже известных многопланетных системах при помощи этого метода. Нейронную сеть обучали искать транзитные сигналы на примере 15 тыс. уже известных транзитных сигналов из каталога Кеплера. Обученная нейронная сеть правильно идентифицировала планетные кандидаты и ложнопозитивы (ошибочные положительные срабатывания) в 96% случаев. 

Применив обученную нейронную сеть к анализу кривых блеска 670 звезд, у которых уже были обнаружены многопланетные системы, исследователи нашли 9 сильных транзитных кандидатов, для которых вероятность планетной природы превысила 0.8. Самую тщательную проверку выдержали только два кандидата – Kepler-80 g и Kepler-90 i – для них вероятность ложного открытия составляет меньше 10^-4. Эти две планеты прошли статистическое подтверждение (валидацию), остальные пока остаются в статусе кандидатов.

Kepler-80 g – внешняя планета в системе позднего оранжевого карлика, где, кроме нее, обнаружено еще пять планет с орбитальными периодами 0.98, 3.07, 4.65, 7.05 и 9.52 земных суток и радиусами 1.4, 1.5, 1.6, 2.6 и 2.8 радиусов Земли, соответственно. Представленная в августе 2012 года, Kepler-80 представляет собой прекрасный пример плоской компактной системы, в которой пять планетных орбит оказались плотно упакованы внутри 0.1 а.е. Все планеты, кроме самой внутренней, оказались связаны друг с другом цепочкой орбитальных резонансов. Новая планета g с радиусом 1.13 ± 0.14 радиусов Земли и орбитальным периодом 14.64558 ± 0.00012 земных суток, оказалась чрезвычайно близка к резонансу 3:2 с планетой c и резонансу 2:1 с планетой b. Эффективная температура Kepler-80 g оценивается авторами открытия в 418 ± 36К, т.е. планета немного горячее Меркурия.

Тот факт, что орбитальный период Kepler-80 g продолжает цепочку орбитальных резонансов системы Kepler-80, является сильным независимым подтверждением ее реальности.

Kepler-90 i – восьмая планета в системе, представленной в 2013 году. Сначала там было обнаружено три транзитных кандидата с периодами 59.7385, 210.5914 и 331.6426 земных суток и глубиной, соответствующей планетам с радиусами 2.44, 6.6 и 9.3 радиусов Земли, соответственно, впоследствии авторы открытия проанализировали кривую блеска звезды с помощью алгоритма DST и нашли в этой системе еще 4 небольшие планеты на более тесных орбитах. 

Планеты в этой системе образуют иерархическую структуру, т.е. собраны в отчетливо выделенные группы. 

Первую компактную группу образуют планеты Kepler-90 b и Kepler-90 с с периодами 7.008 и 8.719 земных суток и радиусами 1.3 и 1.2 радиусов Земли, удаленные от своей звезды на 0.074 и 0.089 а.е. (13 и 16 звездных радиусов). Несмотря на крайнюю близость орбит, движение планет оказывается динамически устойчивым. Обе горячие планеты находятся вблизи орбитального резонанса 5:4. 

Вторую компактную группу образуют планеты Kepler-90 d, Kepler-90 e и Kepler-90 f. Это три небольших нептуна с периодами 59.737, 91.939 и 124.914 земных суток (т.е. близких к резонансу 4:3:2), с радиусами 2.87, 2.66 и 2.88 радиусов Земли, удаленные от своей звезды на 0.32, 0.42 и 0.48 а.е. Температурный режим планеты Kepler-90 f примерно соответствует температурному режиму Меркурия, остальные два нептуна несколько горячее. 

Наконец, во внешней части системы находятся планеты-гиганты Kepler-90 g и Kepler-90 h. Их орбитальные периоды – 210.607 и 331.601 земных суток, уточненные радиусы – 8.1 и 11.3 радиусов Земли, расстояние от родительской звезды – 0.71 и 1.01 а.е.

Новая планета Kepler-90 i оказывается третьей от звезды – она попадает в широкий промежуток между планетой c и планетой d. Ее радиус – 1.32 ± 0.21 радиусов Земли, орбитальный период 14.4491 ± 0.0002 земных суток. Эффективная температура новой планеты оценивается авторами открытия в 709 ± 75К.

Применение технологий машинного обучения позволяет находить в богатейших фотометрических данных, собранных «Кеплером», слабые транзитные сигналы небольших планет. Авторы исследования планируют продолжить усовершенствование своего метода и надеются уточнить с его помощью распространенность небольших планет.

Источник: https://arxiv.org/pdf/1712.05044.pdf