Je leest:

Zo spoort kunstmatige intelligentie exoplaneten op

Zo spoort kunstmatige intelligentie exoplaneten op

Kepler-90 heeft nu evenveel planeten als onze eigen zon

Auteur: | 19 december 2017

Een zelflerend computeralgoritme heeft in data van de Keplertelescoop twee exoplaneten ontdekt die in eerdere onderzoeken over het hoofd waren gezien. Een ervan zit in het stelsel van de ster Kepler-90, en daarmee heeft de ster nu evenveel (bekende) planeten als onze eigen zon.

Het aantal bekende planeten bij andere sterren (zogeheten exoplaneten) is sinds de eerste ontdekking in 1995 geëxplodeerd, de teller staat nu op 3726. Ruimtemissies zoals de Kepler-ruimtetelescoop voegen met enige regelmaat nieuwe exemplaren aan de lijst toe, maar zelfs in ‘oude’ waarnemingen blijken onbekende exoplaneten schuil te gaan. Twee onderzoekers van NASA en Google lieten een zelflerend algoritme los op de data van Kepler. Daarmee wisten ze nog twee niet eerder ontdekte exemplaren te identificeren. Het is de eerste keer dat dit op deze manier lukte.

Exoplaneten verraden hun bestaan doordat ze, gezien vanaf de aarde, voor hun ster langs trekken. Dit vermindert tijdelijk de helderheid van de ster. De eerste dataset van Kepler – die tussen 2009 tot 2013 zo’n 150.000 sterren continu in het oog hield – bevat 35.000 van deze ‘lichtdipjes’ die kúnnen duiden op planeten. Maar één dipje maakt nog geen planeet. Er moeten meerdere overgangen plaatsvinden, op vaste tijdstippen, voor het de boeken in kan.

Daar zijn succesvolle algoritmes voor die tot nu toe, soms na controle van mensen, zo’n 2500 exoplaneten uit Keplers data visten. Maar de waarnemingen zijn niet altijd duidelijk en algoritmes niet perfect. Algoritmes met een zelflerend vermogen bieden wellicht uitkomst. Hiermee waren onderzoekers in staat een zesde planeet rondom de ster Kepler-80 te vinden. En een achtste planeet rondom Kepler-90. Die laatstgenoemde ster is nu, naast de zon, de enige bekende ster met acht planeten. Het wetenschappelijke artikel waarin de ontdekkingen staan is geaccepteerd voor publicatie in The Astronomical Journal, aldus NASA.

Pia22193 kepler 90 exoplanetsystem sizes 20171214
De planeten in het planetenstelsel van Kepler-90 in vergelijking met de planeten in ons eigen zonnestelsel. Kepler-90 is een zon-achtige ster op een afstand van 2545 lichtjaar.

Deep learning

De Keplertelescoop genereert zoveel data dat het voor astronomen niet te doen is om handmatig op zoek te gaan naar mogelijke signalen van exoplaneten. Daarom zijn er de afgelopen jaren verschillende algoritmes op de Keplerdata losgelaten, die zoeken naar tijdelijke lichtvariaties van sterren.

Poster exoplaneten
Een greep uit de tot nu toe ontdekte exoplaneten. Het gaat om impressies.

Maar soms produceert Kepler ‘valse’ signalen, bijvoorbeeld wanneer processen in op of de ster zelf voor lichtvariaties zorgen. Of wanneer twee sterren om elkaar heen draaien en elkaar vanaf de aarde gezien eens in de zoveel tijd bedekken. Tot slot zorgt ook de meetapparatuur voor variaties die een algoritme om de tuin leiden.

Samen met Christopher Shallue, een software-ontwikkelaar bij de afdeling kunstmatige intelligentie van Google, ontwikkelde NASA-wetenschapper Andrew Vanderburg een algoritme dat zichzelf leerde om exoplaneten te vinden in de data van Kepler. Het maakt gebruikt van het zogenoemde deep learning, een techniek die enigszins is afgekeken van de manier waarop hersencellen in het brein informatie verwerken. Het bestaat uit een groot aantal (gesimuleerde) hersencellen die met elkaar communiceren en zo informatie analyseren en verwerken. De afgelopen jaren is gebleken dat computers via deep learning soms veel beter presteren in taken waar ze eerst vrij slecht in waren. Zo kunnen computers inmiddels stemmen nadoen, beelden herkennen of een spelletje Go winnen.

Het algoritme van Shallue en Vanderburg moest eerst getraind worden. Ze voerden een set van 15.000 signalen van Kepler in die in eerdere onderzoeken waren gesignaleerd als ofwel een exoplaneet of een vals signaal. Na training wist het computerprogramma de valse signalen in 96 procent van de gevallen te onderscheiden van signalen van bevestigde exoplaneten. Daarna lieten de onderzoekers het algoritme los op meer data van Kepler, vooral op de planeetsystemen die al meerdere bevestigde planeten hadden. Ze redeneerden dat daar de kans het grootst was dat wat over het hoofd was gezien.

Tweemaal was er succes. De onderzoekers vonden Kepler-80g, de zesde planeet rondom de ster Kepler-80 op een afstand van 1100 lichtjaar van de aarde. Het is de buitenste planeet in het kleine planetenstelsel, en heeft een omlooptijd van 14,6 dagen. Daarnaast spotten ze Kepler-90i, een planeet om de ster Kepler-90. Deze heeft een diameter die ongeveer dertig procent groter is dan die van de aarde (relatief klein ten opzichte van andere ontdekte exoplaneten) en draait in 14,4 dagen om de ster heen. Bijzonder is dat Kepler-90 nu, naast onze zon, de enige ster is met acht bevestigde planeten.

Kepler
Impressie van de Kepler-telescoop.
NASA

Kreupele Kepler

De in 2009 gelanceerde Kepler-ruimtetelescoop rondde zijn hoofdmissie in 2013 af en is inmiddels enigszins ‘kreupel’. Twee van de vier zogenoemde reactiewielen zijn kapot, waarmee de telescoop wordt gericht. Toch speurt Kepler nog steeds naar exoplaneten: in een vervolgmissie richt de telescoop zich elke 80 dagen op een ander gebied aan de hemel. Die zoektocht heeft tot nu toe nog eens ruim 200 planeten opgeleverd.

Kunstmatige intelligentie in de sterrenkunde

Het is overigens niet de eerste keer dat onderzoekers zelflerende algoritmes inzetten in de sterrenkunde. Eerder dit jaar identificeerden ze zogenoemde zwaartekrachtlenzen met kunstmatige intelligentie. Dat zijn beelden van verre sterrenstelsels die door de zwaartekracht van dichterbij gelegen sterrenstelsels worden vervormd.

Gooien we gezien het succes van deze algoritmes de bestaande zoektechnieken overboord? Waarschijnlijk niet. De wetenschappers schrijven dat de eerder gebruikten algoritmes (zonder deep learning) over het algemeen nog steeds beter presteren. Daarnaast liet een NASA-onderzoeker op Twitter weten dat de nu bevestigde planeet Kepler-90i eigenlijk ook door het originele Kepler-algoritme was opgemerkt, maar door een fout niet werd geregistreerd.

Lomberga1024
Blikveld van de Kepler-ruimtetelescoop afgezet tegen de Melkweg. De telescoop zoekt in een beperkt gebied naar planeten rondom andere sterren dan de zon. Bij een afstand van meer dan 3000 lichtjaar worden de signalen te zwak voor Kepler.

Toch laat het onderzoek zien dat er met behulp van deep learning in de toekomst misschien meer exoplaneten uit de beschikbare data te persen zijn. Dat er meer gegevens gaan komen is zeker. Keplers missie loopt op zijn einde (volgend jaar is de brandstof op) maar op de planning staat onder andere de Amerikaanse Transiting Exoplanet Survey Satellite die in maart wordt gelanceerd en vooral heldere sterren in de buurt van de aarde gaat bekijken. In 2026 komt daar de Europese Planetary Transits and Oscillations of stars bij die een miljoen sterren langdurig onder de loep neemt.

Bron

  • Shallue C. en Vanderburg A., Identifying Exoplanets with Deep Learning: A Five Planet Resonant Chain around Kepler-80 and an Eighth Planet around Kepler-90, voorpublicatie arXiv (13 december 2017, geaccepteerd voor The Astronomical Journal), https://arxiv.org/abs/1712.05044
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 december 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.