NASA anuncia que encontrou — com ajuda de Inteligência Artificial — um sistema de oito planetas nos dados do Kepler

A NASA encontra um sistema planetário, com ajuda de inteligência artificial, com tantos planetas como no nosso. Esse novato mundo fica na estrela Kepler-90, a primeira encontrada com tantos planetas como o nosso próprio Sistema Solar,...

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A NASA encontra um sistema planetário, com ajuda de inteligência artificial, com tantos planetas como no nosso. Esse novato mundo fica na estrela Kepler-90, a primeira encontrada com tantos planetas como o nosso próprio Sistema Solar, embora o sistema de Kepler-90 seja um lugar estranho e apertado.

A descoberta de dois novos planetas em torno das estrelas Kepler-90 e Kepler-80 foi feita usando a aprendizagem de máquina, uma abordagem de inteligência artificial em que os computadores “aprendem” a realizar uma tarefa com base modelos previamente apresentados. Neste caso, os computadores aprenderam a identificar planetas ao pesquisar em dados Kepler nos quais o telescópio havia registrado possíveis sinais de planetas além do nosso sistema solar, os chamados exoplanetas.

Ambas as estrelas e seus sistemas já eram conhecidos. Em 2013, o telescópio espacial Kepler encontrou sete mundos orbitando a Keple- 90, agora, ao adicionar mais um, esse sistema solar distante passa a ter tantos planetas como o nosso Sistema Solar.

Essas descobertas ocorreram quando os astrônomos encontraram os dois novos exoplanetas — um em Kepler-90 e outro em Kepler-80 — usando a tecnologia de Inteligência Artificial (IA) do Google, conforme anunciou a agência espacial dos Estados Unidos em uma conferência de imprensa em 14 de dezembro.

É que boa parte desse trabalho depende do reconhecimento de padrões, que até agora era feito por unicamente cientistas e softwares menos evoluídos que examinavam os dados. Mas as novas descobertas são resultado do trabalho entre a NASA e o Google, que elaboraram algoritmos de aprendizado de máquina para detectar esses padrões dos sinais desses mundos distantes e, assim, pesquisar nos dados do Kepler muito mais rapidamente. Essa foi a primeira vez que redes neurais deste tipo foram usadas para encontrar planetas.

Os pesquisadores aplicaram aos dados do telescópio espacial Kepler, um pordígio caça-planetas, um algoritmo de inteligência artificial que peneirou no conjunto de informações sinais que possam revelar a existência de planetas além do nosso sistema solar (os exoplanetas). O Kepler olha do espaço para estrelas e registra a curva de luz delas buscando detectar reduções periódicas do brilho delas (método de trânsito planetário).  Foi ao pesquisar na montanha de dados do telescópio que a IA descobriu um planeta anteriormente negligenciado girando em torno de Kepler 90 — tornando-se a primeira estrela conhecida além do Sol a hospedar oito planetas. Esta descoberta mostra que os tipos de códigos de computador inteligentes usados para traduzir texto e reconhecer vozes também podem ajudar os astrônomos a descobrir novos mundos.

Isso também sugere que pode haver mundos e sistemas solares que permanecem escondidos dentro do Big Data já fornecido pelo Keper, mas que não tínhamos notado antes porque simplesmente há muitos sinais para serem estudados.

O sistema da estrela Kepler-90 se parece muito com o nosso sistema. NASA / Centro de Pesquisa Ames / Wendy Stenzel
O sistema da estrela Kepler-90 se parece muito com o nosso sistema.
NASA / Centro de Pesquisa Ames / Wendy Stenzel

“Assim como esperávamos, há descobertas emocionantes espreitadas nos nossos dados arquivados do Kepler, à espera da ferramenta ou tecnologia certa para desenterrá-los”, disse Paul Hertz, diretor da Divisão de Astrofísica da NASA em Washington. “Este achado mostra que nossos dados serão um tesouro disponível para pesquisadores inovadores nos próximos anos”.

A descoberta, também relatada em um artigo no Astronomical Journal, também pode ajudar os astrônomos a entender melhor a população planetária da nossa galáxia. “Encontrar sistemas como esse que têm muitos planetas é uma maneira realmente boa de testar as teorias da formação e evolução dos planetas”, diz Jeff Coughlin, um astrônomo do Instituto SETI em Mountain View, Califórnia, e o Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, também na Califórnia.

O pesquisador Andrew Vanderburg, co-autor do estudo e astrônomo da Universidade do Texas em Austin, disse na teleconferência que ficaria surpreso se não houvesse mais planetas que estivessem à espera de serem adicionados aos sistemas solares. Ele também disse que “quase certamente não será o último” sistema que tem oito planetas, sugerindo que nosso próprio sistema solar não é realmente tão incomum.

O olho bem treinado de um programa de AI descobriu que o sistema estrela Kepler 90, ilustrado aqui, tem um oitavo mundo, nomeado de Kepler 90i, que fora negligenciado em buscas anteriores por exoplanetas.
O olho bem treinado de um programa de AI descobriu que o sistema estrela Kepler 90, ilustrado aqui, tem um oitavo mundo, nomeado de Kepler 90i, que fora negligenciado em buscas anteriores por exoplanetas.

A descoberta anunciada pela NASA de um novo planeta ao redor da estrela Kepler-90, que se parece nosso próprio sol, significa que o sistema solar distante tem um total de oito exoplanetas conhecidos. E esses planetas se parecem com os nossos vizinhos próprio bairro galáctico: planetas rochosos orbitam perto da estrela, com gigantes de gás mais longe.

Os sete planetas anteriormente identificados neste sistema variam de mundos pequenos e rochosos como Kepler 90i para gigantes de gás, e todos agrupados mais perto de sua estrela do que a Terra é para o Sol. “É muito possível que Kepler 90 tenha ainda mais planetas”, disse  Vanderburg na teleconferência. “Há muitos imóveis inexplorados no sistema Kepler 90”.

Mas o avanço ocorreu quando os astrônomos encontraram o novo mundo usando a tecnologia de inteligência artificial do Google.

Trânsito e rede neural

Os novos planetas, assim como todos os milhares encontrados pelo Kepler, foram vistos observando o céu para a luz vinda das estrelas. Quando os planetas passam na frente de suas estrelas, os cientistas podem, além de registrar o fraco escurecimento, usar a velocidade e as características desse escurecimento para descobrir como o sistema solar pode parecer.

Os astrônomos identificaram mais de 2.300 novos planetas nos dados da Kepler, procurando minúsculas quedas no brilho de uma estrela quando um planeta passa na frente dela: método do trânsito planetário. O Telescópio Espacial Kepler é um instrumento projetado pela NASA para procurar exoplanetas. Para esta tarefa, o Kepler observa do espaço estrelas a fim de uma pequeníssima “ocultação” periódica dessa estrela por um dos seus planetas, basicamente o chamado método do trânsito.

Quando um astro qualquer passa na frente de um outro astro visto por um observador, bloqueando total ou parcialmente a visão daquele primeiro astro: isso é o que os astrônomos denominam de trânsito. No caso do trânsito de planetas, quando ele ocorre, há  um pequena diminuição no brilho de uma estrela. E essa alteração deve ser absolutamente periódica se for causada por um planeta. Adicionalmente, sabe-se que todo trânsito produzido por um mesmo planeta deverá produzir a mesma alteração no brilho de uma estrela, no mesmo intervalo de tempo. E o telescópio espacial Kepler já encontrou diversos exoplanetas dentro dos sistemas planetário até então desconhecidos, detectando sinais que pareciam indicar algo de interesse, mas que eram muito fracos para serem vistos com outros instrumentos, como o telescópio Hubble, por exemplo.

O sistema de Kepler 90, que anteriormente compartilhou o ponto de destaque com o de TRAPPIST-1, é agora comparado ao nosso Sistema Solar com a maioria dos membros da família planetária.
O sistema de Kepler 90, que anteriormente compartilhou o ponto de destaque com o de TRAPPIST-1, é agora comparado ao nosso Sistema Solar com a maioria dos membros da família planetária.

Pesquisando continuamente o céu, o Kepler já coletou tantos dados que é impossível que uma pessoa revise tudo a mão, de modo que nós, humanos ou os programas de computador anteriores, geralmente apenas verificam os sinais mais promissores no conjunto dos dados. Isso significa que os mundos que produzem as mais fracas quedas de luz ao transitar sua estrela, como fez o Kepler 90i,  podem ser não percebidos. Foi então que Vanderburg e Christopher Shallue, um engenheiro de software do Google em Mountain View, Califórnia, projetaram um código de computador chamado de rede neural, que imita a maneira como o cérebro humano processa informações, para procurar exoplanetas então negligenciados.

Ou seja, os pesquisadores inovaram: deram um tratamento de Big Data aos resultados do Kepler. Assim, com o algorítimo de rede neural o computador foi treinado para reexaminar os dados do telescópio espacial Kepler e procurar sinais de queda do brilho de estrelas que possam revelar a presença de exoplanetas.

Primeiro, eles treinaram a rede neural para identificar exoplanetas transitórios usando um conjunto de 15.000 sinais previamente examinados do catálogo de exoplanetas do Kepler. No conjunto de testes, a rede neural identificou corretamente planetas verdadeiros e falsos positivos em 96% das análises. Então, com a rede neural tendo “aprendida” para detectar o padrão de um exoplaneta em trânsito, os pesquisadores dirigiram seu modelo para procurar sinais mais fracos em sistemas de 670 estrelas que já possuíam múltiplos planetas conhecidos. A suposição era que os sistemas de multiplanetários seriam os melhores lugares para procurar mais exoplanetas.

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Sinais sutis. Quando um planeta cruza em frente à sua estrela, o Telescópio Espacial Kepler vê um pequeno mergulho na luz das estrelas, como indicado pela linha branca no gráfico ao lado. Mas se esse sinal é muito fraco – como a sutil leitura produzida por recém descoberto Kepler 90i (pontos azuis) – pode ser difícil distinguir de um ruído sem sentido.

Dito de outra forma, depois de treinada a rede neural examinou os sistemas de 670 estrelas conhecidos por hospedar múltiplos planetas para ver se as pesquisas anteriores haviam perdido alguma coisa. Foi aí que Kepler 90i foi visto, bem como um sexto planeta de tamanho terrestre em torno da estrela Kepler 80. “Esse feito marca a primeira vez que um programa de rede neural identificou com sucesso novos exoplanetas em dados do Kepler”, disse na teleconferência Jessie Dotson, astrofísica do Centro de Pesquisa Ames da NASA. Essa pesquisa demonstra que as redes neurais são uma ferramenta promissora para encontrar alguns dos sinais mais fracos de mundos distantes.

“Os pesquisadores previamente automatizaram a análise de dados Kepler por programas de codificação rígida com regras sobre como detectar sinais genuínos de exoplanetas”, explica Coughlin. “Aí, Vanderburg e Shallue forneceram seu código cerca de 15 mil sinais do Kepler que foram marcados por cientistas humanos como sinais exoplanetas e sinais de não-exoplanetas. Ao estudar esses exemplos, a rede neural aprendeu por conta própria como era o sinal de luz de um exoplaneta, e então pode escolher as assinaturas de exoplanetas em sinais anteriormente não vistos”.

Usando o aprendizado de máquina, os pesquisadores analisaram imagens do telescópio Kepler há cerca de quatro anos. Durante este tempo, o telescópio tirou uma foto de cerca de 200.000 estrelas a cada 30 minutos, o que corresponde a uma massa de aproximadamente 14 bilhões de fotos.
O conjunto de dados de quatro anos do Kepler consiste em 35.000 sinais de possíveis exoplanetas. Testes automatizados, e às vezes olhos humanos, são usados para verificar os sinais mais promissores nos dados. No entanto, os sinais mais fracos geralmente são perdidos usando esses métodos. Shallue e Vanderburg pensaram que poderia haver descobertas de exoplanetas mais interessantes levemente escondidas nos dados.

“Nós temos muitos falsos positivos de planetas, mas também planetas potencialmente mais reais”, disse Vanderburg. “É como peneirar rochas para encontrar jóias. Se você tiver uma peneira mais fina, você pegará mais pedras, mas você pode pegar mais jóias também”.

Kepler 90 e Kepler 80

Kepler-90i não foi a única joia que essa rede neural peneirou. No sistema Kepler-80, eles encontraram um sexto planeta, o Kepler-80g. que tem o tamanho da Terra e quatro de seus planetas vizinhos formam o que é chamado de uma cadeia ressonante — onde os planetas são bloqueados por sua gravidade mútua em uma dança orbital rítmica. O resultado é um sistema extremamente estável, semelhante aos sete planetas do sistema TRAPPIST-1. Kepler-80g orbita uma estrela a cerca de 1.100 anos-luz de distância que tem outros cinco planetas.

Os planetas do sistema solar de Kepler 90 estão muito mais próximos do que os planetas no nosso Sistema Solar, mas é um sistema muito estável. “O sistema da estrela Kepler-90 é como uma mini versão do nosso sistema solar. Você tem planetas pequenos internos e grandes planetas mais externos, mas tudo está comprimido e muito mais perto”, disse Vanderburg.

A Kepler 90 é uma estrela parecida com o Sol situada a 2.545 anos-luz da Terra na constelação de Draco. A última adição à família planetária de Kepler 90 é um planeta rochoso cerca de 30% maior que a Terra, chamado Kepler 90i. Ele também é o terceiro planeta perto do seu sol, mas com uma temperatura estimada da superfície superior a 425° C, provavelmente não habitável e que orbita sua estrela uma vez a cada 14,4 dias.

O sistema de Kepler-90 não é um forte candidato onde a vida possa ser encontrada. Mas a descoberta sobre o grande número de planetas nos dois sistemas solares melhora as chances de encontrá-la, simplesmente por que sugere que poderia haver muito outros exoplanetas além do que pensamos. Mas como sabemos se há vida nesses planetas? Nós não sabemos com os dados do Kepler, Contudo,  há um avanço emocionante sendo feito com a utilização de outros telescópios em solo, e futuramente com o Telescópio James Webb, que será capaz de pesquisar com um pouco mais de detalhes e saber mais sobre esses planetas.

O sistema solar Kepler 90 é como uma versão do nosso: os pequenos planetas rochosos abraçam a estrela com mais força, enquanto os planetas maiores se pendem de volta desses. Mas, como visto aqui, as oito órbitas dos planetas são embaladas muito mais perto de sua estrela do que a Terra está para o Sol.
O sistema solar Kepler 90 é como uma versão do nosso: os pequenos planetas rochosos abraçam a estrela com mais força, enquanto os planetas maiores se pendem de volta desses. Mas, como visto aqui, as oito órbitas dos planetas são embaladas muito mais perto de sua estrela do que a Terra está para o Sol.

Kepler produziu um conjunto de dados sem precedentes na caça a exoplanetas. Depois de olhar para um espaço de espaço por quatro anos, a nave espacial agora está operando em uma missão estendida e muda seu campo de visão a cada 80 dias — e enviando mais informações de volta à Terra. E todo esse conjunto enorme de dados gerado pelo Kepler contém potenciais planetas que, se espera, sejam encontrados ao se analisar essa enorme quantidade de informação com a inteligência artificial do Google. E é exatamente o Vanderburg e Shallue agora planejam:  aplicar sua rede neural ao cache completo de dados de Kepler em mais de 150.000 estrelas num esforço para descobrir quais outros exoplanetas não reconhecidos podem aparecer.

“Esses resultados demonstram o valor duradouro da missão da Kepler”, disse Jessie Dotson, cientista do Projeto Kepler no Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Silicon Valley da Califórnia. “Novas maneiras de analisar os dados — como esta pesquisa em fase inicial que aplica algoritmos de aprendizado de máquina — prometem continuar a produzir avanços significativos em nossa compreensão de sistemas planetários em torno de outras estrelas. Tenho certeza de que há mais novidades nos dados que esperam que as pessoas as encontrem”.

Coughlin também está entusiasmado com a perspectiva de usar inteligência artificial para avaliar os dados de futuras missões de busca por exoplanetas, como o satélite TESS da NASA que será lançado no próximo ano. “Os sucessos vão continuar, com relação aos potenciais sinais de exoplanetas”, ele disse. Ter programas de informática autodidata ajuda os seres humanos a passar pelos dados, podendo acelerar significativamente a taxa de descoberta científica.

Com informações da NASA, da Science News e da New Scientist.

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