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    La inteligencia artificial predice qué sistemas planetarios sobrevivirán

    Si bien se han detectado tres planetas en el sistema Kepler-431, poco se sabe sobre las formas de sus órbitas. A la izquierda hay una gran cantidad de órbitas superpuestas para cada planeta que son consistentes con las observaciones. Un equipo internacional de astrofísicos dirigido por Daniel Tamayo de Princeton eliminó todas las configuraciones inestables que ya habrían chocado y no se podrían observar hoy. Hacer esto con métodos anteriores llevaría más de un año de tiempo de computadora. Con su nuevo modelo SPOCK, Tarda 14 minutos. Crédito:Daniel Tamayo

    ¿Por qué los planetas no chocan con más frecuencia? ¿Cómo se organizan los sistemas planetarios, como nuestro sistema solar o los sistemas de múltiples planetas alrededor de otras estrellas? De todas las posibles formas en que los planetas podrían orbitar, ¿Cuántas configuraciones permanecerán estables durante los miles de millones de años del ciclo de vida de una estrella?

    Rechazar la amplia gama de posibilidades inestables, todas las configuraciones que conducirían a colisiones, dejaría atrás una vista más nítida de los sistemas planetarios alrededor de otras estrellas, pero no es tan fácil como parece.

    "Separar las configuraciones estables de las inestables resulta ser un problema fascinante y brutalmente difícil, "dijo Daniel Tamayo, un miembro del programa de becas de la NASA Hubble Sagan Fellow en ciencias astrofísicas en Princeton. Para asegurarse de que un sistema planetario sea estable, Los astrónomos necesitan calcular los movimientos de múltiples planetas que interactúan durante miles de millones de años y verificar la estabilidad de cada configuración posible, una tarea prohibitiva desde el punto de vista computacional.

    Los astrónomos desde Isaac Newton han luchado con el problema de la estabilidad orbital, pero aunque la lucha contribuyó a muchas revoluciones matemáticas, incluyendo el cálculo y la teoría del caos, nadie ha encontrado una manera de predecir teóricamente configuraciones estables. Los astrónomos modernos todavía tienen que "aplicar la fuerza bruta" a los cálculos, aunque con supercomputadoras en lugar de ábacos o reglas de cálculo.

    Tamayo se dio cuenta de que podía acelerar el proceso combinando modelos simplificados de interacciones dinámicas de los planetas con métodos de aprendizaje automático. Esto permite eliminar rápidamente grandes franjas de configuraciones orbitales inestables; los cálculos que habrían tomado decenas de miles de horas ahora se pueden realizar en minutos. Es el autor principal de un artículo que detalla el enfoque en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los coautores incluyen al estudiante graduado Miles Cranmer y David Spergel, Charles A. Young, profesor de Astronomía de Princeton en la Fundación Clase de 1897, Emeritus.

    Para la mayoría de los sistemas de planetas múltiples, hay muchas configuraciones orbitales que son posibles dados los datos de observación actuales, de los cuales no todos serán estables. Muchas configuraciones que son teóricamente posibles "rápidamente", es decir, en no muchos millones de años, desestabilizarnos en una maraña de órbitas cruzadas. El objetivo era descartar las llamadas "inestabilidades rápidas".

    "No podemos decir categóricamente 'Este sistema estará bien, pero ese va a estallar pronto, '", Dijo Tamayo." El objetivo en cambio es, para un sistema dado, para descartar todas las posibilidades inestables que ya habrían chocado y no podrían existir en la actualidad ".

    En lugar de simular una configuración dada para mil millones de órbitas, el enfoque tradicional de fuerza bruta, lo que tomaría alrededor de 10 horas; en cambio, el modelo de Tamayo simula 10, 000 órbitas, que solo toma una fracción de segundo. De este breve fragmento, calculan 10 métricas resumidas que capturan la dinámica resonante del sistema. Finalmente, entrenan un algoritmo de aprendizaje automático para predecir a partir de estas 10 características si la configuración se mantendrá estable si dejan que siga yendo a mil millones de órbitas.

    "Llamamos al modelo SPOCK (estabilidad de las configuraciones orbitales planetarias Klassifier), en parte porque el modelo determina si los sistemas 'vivirán por mucho tiempo y prosperarán, '”, Dijo Tamayo.

    SPOCK determina la estabilidad a largo plazo de configuraciones planetarias alrededor de 100, 000 veces más rápido que el enfoque anterior, romper el cuello de botella computacional. Tamayo advirtió que si bien él y sus colegas no han "resuelto" el problema general de la estabilidad planetaria, SPOCK identifica de manera confiable las inestabilidades rápidas en sistemas compactos, que, según ellos, son los más importantes a la hora de intentar realizar una caracterización restringida por la estabilidad.

    "Este nuevo método proporcionará una ventana más clara a las arquitecturas orbitales de los sistemas planetarios más allá del nuestro, "Dijo Tamayo.

    Pero, ¿cuántos sistemas planetarios hay? ¿No es nuestro sistema solar el único?

    En los últimos 25 años, los astrónomos han encontrado más de 4, 000 planetas orbitando otras estrellas, de los cuales casi la mitad están en sistemas de planetas múltiples. Pero dado que los pequeños exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar, todavía tenemos una imagen incompleta de sus configuraciones orbitales.

    "Ahora se sabe que más de 700 estrellas tienen dos o más planetas orbitando a su alrededor, "dijo el profesor Michael Strauss, presidente del Departamento de Ciencias Astrofísicas de Princeton. "Dan y sus colegas han encontrado una forma fundamentalmente nueva de explorar la dinámica de estos sistemas de múltiples planetas, acelerar el tiempo de la computadora necesario para hacer modelos por factores de 100, 000. Con esto, podemos esperar comprender en detalle la gama completa de arquitecturas del sistema solar que permite la naturaleza ".

    SPOCK es especialmente útil para dar sentido a algunos de los débiles, sistemas planetarios lejanos recientemente detectados por el telescopio Kepler, dijo Jessie Christiansen, un astrofísico del Archivo de Exoplanetas de la NASA que no participó en esta investigación. "Es difícil limitar sus propiedades con nuestros instrumentos actuales, ", dijo." ¿Son planetas rocosos, gigantes de hielo, ¿O gigantes de gas? ¿O algo nuevo? Esta nueva herramienta nos permitirá descartar posibles composiciones y configuraciones de planetas que serían dinámicamente inestables, y nos permite hacerlo con mayor precisión y en una escala sustancialmente mayor de la que estaba disponible anteriormente ".


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