Astrônomos usam IA para encontrar estrelas elusivas que “devoram” planetas

Uma equipe internacional (incluindo as astrônomas do IoA Laura Rogers e Amy Bonsor) encontrou recentemente centenas de estrelas anãs brancas “poluídas” em nossa galáxia, a Via Láctea.

Essas são anãs brancas capturadas ativamente consumindo planetas em sua órbita. Elas são um recurso valioso para estudar o interior desses planetas distantes e demolidos. Elas também são difíceis de encontrar. 

Enviado por Matthew Bothwell em Qua, 31/07/2024 - 10:06

Tradicionalmente, os astrônomos tiveram que revisar manualmente montanhas de dados de pesquisa em busca de sinais dessas estrelas. Observações de acompanhamento então provariam ou refutariam suas suspeitas. Ao usar uma nova forma de inteligência artificial, chamada aprendizado múltiplo, uma equipe liderada pela aluna de pós-graduação da Universidade do Texas em Austin, Malia Kao, acelerou o processo, levando a uma taxa de sucesso de 99% na identificação. 

Este estudo destaca o poder de grandes conjuntos de dados, como os fornecidos pela Gaia, e técnicas de ciência de dados como os meios futuros para identificar objetos astronômicos interessantes a partir de seus espectros. O IoA desempenha um grande papel nessa revolução, com o IoA fazendo uma contribuição substancial para o processamento de dados para o satélite espacial Gaia. 

As descobertas foram publicadas em 31 de julho de 2024 no Astrophysical Journal . 

Anãs brancas são estrelas em seu estágio final de vida. Elas usaram seu combustível, liberaram suas camadas externas no espaço e estão esfriando lentamente. Um dia, nosso Sol se tornará uma anã branca – mas isso não acontecerá por mais 6 bilhões de anos. 

Às vezes, os planetas orbitando uma anã branca serão atraídos pela gravidade de sua estrela, dilacerados e consumidos. Quando isso acontece, a estrela se torna "poluída" com metais pesados ​​do interior do planeta. Como as atmosferas das anãs brancas são feitas quase inteiramente de hidrogênio e hélio, a presença de outros elementos pode ser atribuída de forma confiável a fontes externas. "Para anãs brancas poluídas, o interior do planeta está literalmente sendo queimado na superfície da estrela para que possamos olhar", explicou Kao. "Anãs brancas poluídas agora são a melhor maneira de caracterizar os interiores planetários." 

“Dito de outra forma”, acrescentou Keith Hawkins, astrônomo da UT Austin e coautor do artigo, “é a única maneira genuína de realmente descobrir do que são feitos os planetas fora do sistema solar, o que significa que encontrar essas anãs brancas poluídas é fundamental”. 

Infelizmente, a evidência dessas estrelas — que são identificadas pelos metais poluentes em suas atmosferas — pode ser sutil e difícil de detectar. Além disso, os astrônomos devem encontrá-las dentro de uma janela de tempo relativamente breve. “Anãs brancas têm gravidade de superfície muito alta — cerca de 100.000 vezes a da Terra”, disse Kao. Como resultado, um objeto pesaria cerca de 100.000 vezes mais em uma anã branca do que na Terra. “Então, metais pesados ​​afundam no núcleo muito rapidamente.” 

Embora os astrônomos possam identificar essas estrelas revisando manualmente os dados de pesquisas astronômicas, isso pode levar muito tempo. Para testar um processo mais rápido, a equipe aplicou inteligência artificial aos dados disponíveis no telescópio espacial Gaia. “O Gaia fornece uma das maiores pesquisas espectroscópicas de anãs brancas até o momento, mas os dados são de resolução tão baixa que não se pensava que seria possível encontrar anãs brancas poluídas com eles”, disse Hawkins. “Este trabalho mostra que você pode.” 

Para encontrar essas estrelas elusivas e poluídas, a equipe usou um tipo de inteligência artificial chamada aprendizado múltiplo. Com ela, um algoritmo procura por características semelhantes em um conjunto de dados e agrupa itens semelhantes em um gráfico simplificado e visual. Os pesquisadores podem então revisar o gráfico e decidir quais aglomerados justificam uma investigação mais aprofundada. 

Os astrônomos criaram um algoritmo para classificar mais de 100.000 possíveis anãs brancas. Destes, um aglomerado de 375 estrelas parecia promissor: elas mostraram a característica principal de ter metais pesados ​​em suas atmosferas. Observações de acompanhamento com o Telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald da UT Austin confirmaram as suspeitas dos astrônomos. 

“Nosso método pode aumentar o número de anãs brancas poluídas conhecidas em dez vezes, permitindo-nos estudar melhor a diversidade e a geologia de planetas fora do nosso sistema solar”, disse Kao. Com mais anãs brancas poluídas para estudar, isso significa maior percepção sobre a composição e distribuição de planetas em nossa galáxia. “No final das contas, queremos determinar se a vida pode existir fora do nosso sistema solar. Se o nosso é único entre os sistemas planetários, também pode ser único em sua capacidade de sustentar a vida.”

Universidade de Cambridge