Kepler-90 i

¿Qué verificaciones permitieron reconocer a Kepler-90 i como planeta?

Los investigadores volvieron a buscar nuevas señales de tránsito en los datos de Kepler de 670 estrellas con planetas ya conocidos y conservaron 513 señales que superaron los filtros básicos. Una red neuronal asignó 0,942 a la señal de i y la situó entre las primeras candidatas que debían revisarse. Después, el equipo comprobó por separado de qué estrella procedía la señal, si podía deberse a un error del instrumento y si dos estrellas en órbita mutua podían imitar un planeta. Primero calculó en un 0,5% la probabilidad de clasificar erróneamente la señal como planeta. Al añadir que la estrella ya tenía siete planetas conocidos, esa probabilidad de falso positivo cayó por debajo del 0,01% y i quedó validado estadísticamente como planeta.

• 670 estrellas Estrellas examinadas de nuevo en busca de señales de tránsito
• 513 señales Señales que pasaron los filtros básicos y fueron ordenadas por la red neuronal
• 0,942 Puntuación que la red neuronal asignó a la candidata i
• Menos del 0,01% Probabilidad final de clasificar erróneamente a i como planeta

Cómo se encontraron 513 señales candidatas entre 670 estrellas

Los cuatro años de luz estelar registrados por Kepler contenían los tránsitos de los siete planetas conocidos, ruido instrumental y cambios en el brillo de la propia estrella. Los investigadores retiraron primero los tránsitos conocidos y aplicaron a 670 sistemas multiplanetarios un procedimiento distinto que buscaba caídas de brillo a intervalos regulares. Excluyeron las señales con menos de tres tránsitos completos, duraciones físicamente demasiado breves y otros problemas básicos. Incluso después de esos filtros quedaron 513 «señales por revisar».

No todas las señales que sobrevivieron a esta etapa eran planetas. Pequeños errores de la nave, cambios de la propia estrella y eclipses entre dos estrellas en órbita mutua pueden producir patrones repetidos parecidos. La red neuronal ordenó las 513 señales para que el equipo revisara primero las de forma más similar a un tránsito planetario. Treinta señales superaron 0,5, nueve superaron 0,8 y la señal de Kepler-90 que se repetía cada 14,449 días obtuvo 0,942.

La inteligencia artificial decidió qué señales revisar primero entre 513. Los investigadores decidieron si era un planeta al comprobar por separado la posición, los errores instrumentales y las posibles estrellas binarias.

¿Por qué una puntuación de 0,942 no es la probabilidad de que sea un planeta?

La red neuronal se entrenó con unas 15.000 señales de Kepler que las personas ya habían clasificado como planetarias o falsas detecciones. Recibía tanto el cambio de brillo durante una órbita completa como una vista ampliada del tránsito. En 1.523 señales de prueba que no se usaron para entrenarla, clasificó correctamente cerca del 96%. Su AUC, una medida de su capacidad para colocar las señales planetarias por encima de las falsas, fue 0,988.

Un AUC de 0,988 significa que, al tomar de los datos de prueba una señal planetaria y una falsa, el modelo dio una puntuación mayor a la planetaria el 98,8% de las veces. No significa que Kepler-90 i tuviera un 98,8% de probabilidad de ser un planeta. El 0,942 de i también servía para ordenar candidatas dentro de esa red neuronal; no era una probabilidad final que incluyera todas las causas posibles de error.

Los datos entregados a la red neuronal no incluían la posición de los píxeles que indicaba dónde se originaba la señal en la imagen. El modelo también daba puntuaciones altas a algunos tránsitos de estrellas de fondo y a ciertas señales de estrellas binarias. Por ello, una puntuación alta todavía requería una validación independiente.

¿Podría la señal proceder de otra estrella o del instrumento?

Los investigadores examinaron primero la caída de brillo que se repetía cada 14,449 días. Comprobaron si la cantidad de luz bloqueada cambiaba entre épocas de observación y si la señal se repetía al mismo tiempo que otros efectos instrumentales. También estudiaron qué píxeles se oscurecían durante el tránsito. Si la posición aparente se desplazaba, la señal podía proceder de otra estrella cercana que se veía superpuesta a Kepler-90.

Con imágenes de alta resolución de telescopios terrestres buscaron una compañera brillante que pudiera estar oculta dentro del punto que Kepler veía como una sola estrella. También buscaron un segundo eclipse más tenue entre las principales caídas de brillo, lo que favorecería una explicación binaria. La señal siguió presente al corregir los efectos instrumentales de distintas maneras, así que concluyeron que la repetición procedía de un astro real y no de un error de la nave.

1. Búsqueda Se retiran las señales conocidas, se buscan caídas repetidas en 670 estrellas y se conservan 513 señales.
2. Orden de revisión La red neuronal compara la órbita completa y el tránsito ampliado, y asigna 0,942 a la candidata i.
3. Pruebas adicionales Se revisan la posición de los píxeles, los errores instrumentales, un segundo eclipse y las imágenes de alta resolución.
4. Validación estadística Se modelan explicaciones binarias y la condición de sistema multiplanetario, reduciendo el falso positivo por debajo del 0,01%.
5. Datos del planeta Los tránsitos validados dan una órbita de 14,449 días y un radio 1,32 veces el terrestre, pero no la masa ni el interior.

Por qué la probabilidad de un falso positivo bajó del 0,5 % a menos del 0,01 %

Con una herramienta de validación llamada vespa, los investigadores compararon la forma del tránsito de Kepler-90 i con varias explicaciones: un planeta real, dos estrellas orbitándose alrededor de Kepler-90 o dos estrellas binarias situadas al fondo. El cálculo incluyó las propiedades de la estrella, el intervalo de brillo de una posible compañera que las imágenes de alta resolución no habrían detectado y la ausencia de un segundo eclipse visible. El resultado fue una probabilidad aproximada de 0,005, o 0,5%, de que un objeto no planetario hubiera creado la señal. Ya era inferior al umbral del 1% usado con frecuencia para validar estadísticamente planetas de Kepler.

Después añadieron que siete planetas ya pasaban por delante de la misma estrella. Cuando una estrella tiene varias señales parecidas a planetas, una señal adicional tiene menos probabilidades de ser una falsa detección al azar que una señal aislada. Al incorporar esta información de «multiplicidad», la probabilidad de falso positivo cayó por debajo de 0,0001, es decir, del 0,01%, y i quedó validado como planeta. No se midió su masa por su gravedad ni otro telescopio confirmó un tránsito independiente. Se redujo lo suficiente la probabilidad de que alguna causa conocida y distinta de un planeta explicara la señal.

¿Hasta dónde podemos llegar solo con la señal de tránsito?

Los tránsitos de i se repiten cada 14,44912±0,00020 días y duran unas 2,80±0,31 horas. A partir de la luz bloqueada y del radio de la estrella, los investigadores calcularon que i tiene 1,32±0,21 radios terrestres. Si siguiera una órbita circular en el mismo plano que los demás planetas, el tránsito debería durar unas cinco horas, pero el observado fue más breve. El equipo propuso que la órbita de i podría estar algo más inclinada que las otras siete y cruzar más cerca del borde de la estrella.

Un radio pequeño hace más probable un planeta rico en roca, pero no mide la masa, la densidad media ni la presencia de atmósfera. Una ficha pública de NASA muestra actualmente unas 2,3 masas terrestres, pero el artículo del descubrimiento no midió la masa y la fila de investigación predeterminada del Exoplanet Archive deja ese campo vacío. Por tanto, 2,3 no debe tratarse como una medición gravitatoria independiente ni usarse para determinar la composición.

La temperatura de 709±75 K, unos 436±75 grados Celsius, del estudio del descubrimiento también es un valor calculado. Supone que el calor se distribuye de manera uniforme por la totalidad del planeta y que este refleja entre el 0% y el 70% de la luz estelar. No es una temperatura observada de la superficie o la atmósfera, ni se detectaron nubes. i recibió la última letra porque fue el octavo planeta descubierto, pero es el tercero en distancia a la estrella, después de b y c.

Los colores y la superficie de esta página son una ilustración, no una fotografía. Kepler no pudo resolver el disco redondo de i separado de su estrella. Lo que se ha medido son el momento y la duración de los tránsitos repetidos, la cantidad de luz bloqueada y los resultados del análisis de falsos positivos.

La inteligencia artificial ordenó la revisión y el equipo determinó si era un planeta

La señal de tránsito de Kepler-90 i no se observó por primera vez en 2017; ya estaba presente en los datos existentes de Kepler. Lo nuevo fue el método de búsqueda que recuperó la débil repetición, la red neuronal que ordenó 513 candidatas y el proceso de validación que comprobó la posición de la señal, las posibles estrellas binarias y los errores instrumentales. Ningún paso por sí solo bastó para identificar i como planeta.

En este caso, la inteligencia artificial no sustituyó a un astrónomo ni tomó la decisión final. Ordenó qué señales debían examinarse primero en un conjunto demasiado grande para estudiar todas con el mismo detalle. Para reproducir el resultado hay que registrar cómo la búsqueda produjo las candidatas, qué significa la puntuación de la red neuronal y qué información independiente se usó en la decisión final.

Fuentes

• The Astronomical Journal — Deep-Learning Search and Statistical Validation of Kepler-90 i
• NASA — Artificial Intelligence and the Eighth Kepler-90 Planet
• NASA Exoplanet Archive — Kepler-90 i Published Parameters
• NASA Exoplanet Archive — Planet Parameter and Mass-Provenance Definitions
• The Astrophysical Journal — Vespa False-Positive Probabilities and Statistical Validation
• Publications of the Astronomical Society of the Pacific — Kepler Data-Validation Tests
• NASA Science — Kepler Mission and Transit Data