Kepler-90 i

किन जाँचों के बाद Kepler-90 i को ग्रह माना गया?

शोधकर्ताओं ने ऐसे 670 तारों के Kepler डेटा में नए पारगमन संकेत दोबारा खोजे जिनके ग्रह पहले से ज्ञात थे। बुनियादी जाँच पूरी करने वाले 513 संकेतों को आगे रखा गया। तंत्रिका नेटवर्क ने i के संकेत को 0.942 अंक दिए और उसे पहले जाँचे जाने वाले उम्मीदवारों में रखा। इसके बाद शोधकर्ताओं ने अलग-अलग जाँचा कि संकेत किस तारे से आया, क्या वह उपकरण की गलती हो सकता था और क्या एक-दूसरे की परिक्रमा करते दो तारे ग्रह जैसा संकेत बना सकते थे। संकेत को गलती से ग्रह मान लेने की संभावना पहले 0.5% निकली। इसी तारे के सात ग्रह पहले से ज्ञात होने की जानकारी जोड़ने पर यह संभावना 0.01% से कम हो गई और i को सांख्यिकीय रूप से ग्रह मान लिया गया।

• 670 तारे नए पारगमन संकेतों के लिए दोबारा जाँचे गए तारों की संख्या
• 513 संकेत बुनियादी जाँच के बाद तंत्रिका नेटवर्क द्वारा क्रम में लगाए गए संकेत
• 0.942 i के उम्मीदवार संकेत को मिला तंत्रिका-नेटवर्क स्कोर
• 0.01% से कम सभी शर्तें जोड़ने के बाद i को गलती से ग्रह मानने की संभावना

670 तारों में 513 संभावित संकेत खोजने की प्रक्रिया

Kepler ने चार वर्षों में जो तारकीय प्रकाश दर्ज किया, उसमें सात ज्ञात ग्रहों के पारगमन के साथ उपकरण का शोर और तारे की अपनी चमक में बदलाव भी शामिल थे। शोधकर्ताओं ने पहले ज्ञात पारगमन हटाए। फिर 670 बहु-ग्रह प्रणालियों में नियमित अंतराल पर चमक घटने का ढाँचा खोजने वाली अलग प्रक्रिया चलाई। जिन संकेतों में तीन से कम पूरे पारगमन थे, जिनकी अवधि भौतिक रूप से बहुत छोटी थी या जिनमें दूसरी बुनियादी समस्याएँ थीं, उन्हें हटा दिया गया। फिर भी 513 “जाँच के लिए संकेत” बचे।

इस चरण पर बचा हर संकेत ग्रह नहीं था। अंतरिक्ष यान की छोटी त्रुटियाँ, तारे के अपने बदलाव और एक-दूसरे की परिक्रमा करते दो तारों के ग्रहण भी वैसा ही दोहराता संकेत बना सकते हैं। तंत्रिका नेटवर्क ने 513 संकेतों को इस आधार पर क्रम दिया कि उनका आकार ग्रह के पारगमन से कितना मिलता था, ताकि शोधकर्ता सबसे मिलते-जुलते संकेत पहले देख सकें। 30 संकेतों का स्कोर 0.5 से अधिक और नौ का 0.8 से अधिक था। हर 14.449 दिन पर दोहराने वाले Kepler-90 संकेत को 0.942 मिला।

कृत्रिम बुद्धिमत्ता ने 513 संकेतों में पहले किसे जाँचना है, इसका क्रम बनाया। वह ग्रह है या नहीं, यह शोधकर्ताओं ने संकेत की जगह, उपकरण की गलती और द्वितारा होने की संभावना अलग से जाँचकर तय किया।

0.942 का स्कोर इसके ग्रह होने की संभावना क्यों नहीं है?

तंत्रिका नेटवर्क को Kepler के लगभग 15,000 संकेतों पर प्रशिक्षित किया गया था, जिन्हें लोग पहले ही ग्रह का संकेत या गलत पहचान बता चुके थे। उसे पूरी कक्षा में चमक का बदलाव और पारगमन के पास का बड़ा करके दिखाया गया आकार, दोनों दिए गए। प्रशिक्षण में शामिल न किए गए 1,523 परीक्षण संकेतों में उसने लगभग 96% को सही वर्ग में रखा। ग्रह संकेतों को गलत संकेतों से ऊपर रखने की क्षमता बताने वाला उसका AUC 0.988 था।

AUC 0.988 का अर्थ है कि परीक्षण डेटा से एक ग्रह संकेत और एक गलत संकेत चुनने पर मॉडल ने 98.8% मामलों में ग्रह संकेत को अधिक अंक दिए। इसका यह अर्थ नहीं कि Kepler-90 i के ग्रह होने की संभावना 98.8% थी। i का 0.942 भी इसी तंत्रिका नेटवर्क के भीतर उम्मीदवारों का जाँच क्रम तय करने वाला मान था; वह हर संभव गलती को शामिल करने वाली अंतिम ग्रह-संभावना नहीं थी।

तंत्रिका नेटवर्क को दिए गए डेटा में यह स्थान-संबंधी जानकारी नहीं थी कि चित्र के किस पिक्सेल से संकेत आया। मॉडल कभी-कभी पीछे दिख रहे दूसरे तारे के पारगमन और कुछ द्वितारा संकेतों को भी अधिक अंक देता था। इसलिए ऊँचे स्कोर के बाद भी अलग से पुष्टि जरूरी थी।

क्या संकेत किसी दूसरे तारे या उपकरण से आया हो सकता था?

शोधकर्ताओं ने पहले हर 14.449 दिन पर दोहराने वाली चमक की कमी को सीधे देखा। उन्होंने जाँचा कि रोकी गई तारकीय रोशनी की मात्रा अलग अवलोकन अवधियों में बदलती तो नहीं और संकेत उसी समय तो नहीं आता जब उपकरण में कोई दूसरा बदलाव होता है। उन्होंने यह भी देखा कि पारगमन के समय कौन-से पिक्सेल धुँधले पड़ते हैं। यदि धुँधली जगह खिसकती, तो संकेत Kepler-90 के बजाय उसके पास उसी दिशा में दिख रहे किसी दूसरे तारे से आ सकता था।

जमीन पर स्थित दूरबीनों की उच्च-रिज़ॉल्यूशन तस्वीरों से यह भी खोजा गया कि Kepler को एक बिंदु जैसी दिखी जगह में कोई चमकीला साथी तारा छिपा तो नहीं था। मुख्य चमक-कमी के बीच कोई दूसरी, कम गहरी कमी खोजकर द्वितारा होने की संभावना भी जाँची गई। उपकरण के प्रभावों को अलग-अलग तरीकों से सुधारने के बाद भी संकेत बचा रहा। इसलिए शोधकर्ताओं ने माना कि दोहराव किसी वास्तविक खगोलीय पिंड से आया था, अंतरिक्ष यान की गलती से नहीं।

1. खोज ज्ञात ग्रह संकेत हटाकर 670 तारों में दोहराती चमक-कमी खोजी गई और 513 संकेत रखे गए।
2. जाँच क्रम तंत्रिका नेटवर्क ने पूरी कक्षा और बड़े किए गए पारगमन का आकार देखकर i को 0.942 अंक दिए।
3. अतिरिक्त जाँच पिक्सेल की जगह, उपकरण की गलती, दूसरी चमक-कमी और उच्च-रिज़ॉल्यूशन तस्वीरें देखी गईं।
4. सांख्यिकीय पुष्टि द्वितारा व्याख्याओं और ज्ञात बहु-ग्रह प्रणाली को जोड़कर गलत पहचान की संभावना 0.01% से कम की गई।
5. ग्रह की जानकारी पुष्ट पारगमन से 14.449 दिन की कक्षा और पृथ्वी की 1.32 गुना त्रिज्या मिली, लेकिन द्रव्यमान और भीतरी पदार्थ अज्ञात रहे।

इसके ग्रह न होने की संभावना 0.5% से घटकर 0.01% से कम क्यों हुई?

शोधकर्ताओं ने vespa नाम के पुष्टि-उपकरण से Kepler-90 i के पारगमन आकार की कई व्याख्याओं से तुलना की: वास्तविक ग्रह, Kepler-90 की परिक्रमा करते दो तारे, या पीछे मौजूद एक-दूसरे की परिक्रमा करते दो तारे। गणना में तारे के गुण, उच्च-रिज़ॉल्यूशन तस्वीरों में छूट सकने वाले साथी तारे की चमक और दूसरी चमक-कमी न मिलने की सीमा शामिल थी। परिणाम के अनुसार किसी गैर-ग्रहीय पिंड के यह संकेत बनाने की संभावना लगभग 0.005, यानी 0.5% थी। यह Kepler ग्रहों की सांख्यिकीय पुष्टि में अक्सर इस्तेमाल होने वाली 1% सीमा से पहले ही कम था।

इसके बाद यह जानकारी भी जोड़ी गई कि सात ग्रह पहले से उसी तारे के सामने से गुजरते हैं। जब एक ही तारे के पास ग्रह जैसे कई संकेत मिलें, तो एक नया संकेत अकेले मिले संकेत की तुलना में संयोग से हुई गलत पहचान होने की कम संभावना रखता है। यह “बहु-ग्रह” जानकारी जोड़ने पर गलत पहचान की संभावना 0.0001, यानी 0.01% से कम हो गई और i को ग्रह माना गया। यह न तो ग्रह के गुरुत्व से किया गया द्रव्यमान माप था, न किसी दूसरी दूरबीन से मिला स्वतंत्र पारगमन। ज्ञात वैकल्पिक कारणों से संकेत बनने की संभावना को इतना कम किया गया कि सांख्यिकीय पुष्टि संभव हो सकी।

केवल पारगमन संकेत से हम कितना जान सकते हैं?

i के पारगमन हर 14.44912±0.00020 दिन में दोहराते हैं और लगभग 2.80±0.31 घंटे चलते हैं। रोकी गई तारकीय रोशनी और केंद्रीय तारे की त्रिज्या से i की त्रिज्या पृथ्वी की 1.32±0.21 गुना निकली। यदि वह दूसरे ग्रहों के समान तल में गोल कक्षा पर घूमता, तो पारगमन लगभग पाँच घंटे चलना चाहिए था, लेकिन देखा गया पारगमन छोटा था। शोधकर्ताओं ने संभावना बताई कि i की कक्षा बाकी सात ग्रहों से थोड़ी अधिक झुकी हो सकती है और वह तारे के किनारे के पास से गुजरता है।

छोटी त्रिज्या से चट्टानी पदार्थ वाला ग्रह होने की संभावना बढ़ती है, लेकिन इससे द्रव्यमान, औसत घनत्व या वायुमंडल की मौजूदगी नहीं मापी जाती। NASA के आम पाठकों के लिए बने ग्रह कार्ड पर अभी लगभग 2.3 पृथ्वी-द्रव्यमान दिखता है, लेकिन खोज शोधपत्र ने द्रव्यमान नहीं मापा और Exoplanet Archive की मुख्य शोध प्रविष्टि में द्रव्यमान खाली है। इसलिए 2.3 को स्वतंत्र गुरुत्वीय माप मानकर ग्रह की संरचना तय नहीं की जा सकती।

खोज अध्ययन में दिया 709±75 K, यानी लगभग 436±75 डिग्री सेल्सियस तापमान भी गणना किया हुआ मान है। इसमें माना गया है कि ऊष्मा पूरे ग्रह पर समान रूप से फैलती है और ग्रह तारकीय प्रकाश का 0% से 70% तक परावर्तित करता है। यह सतह या वायुमंडल का मापा तापमान नहीं है और कोई बादल नहीं देखे गए। i को अंतिम अक्षर इसलिए मिला क्योंकि वह आठवाँ खोजा गया ग्रह था, लेकिन तारे से दूरी के क्रम में वह b और c के बाद तीसरा है।

इस पृष्ठ पर दिखाए गए रंग और सतह समझाने के लिए बनाई गई तस्वीर हैं, वास्तविक अवलोकन चित्र नहीं। Kepler तारे से अलग i की गोल डिस्क नहीं देख सका। वास्तव में मापे गए तथ्य दोहराते पारगमन का समय और अवधि, रोकी गई तारकीय रोशनी और गलत पहचान की जाँच के परिणाम हैं।

AI ने समीक्षा का क्रम तय किया और शोधकर्ताओं ने जाँचा कि यह ग्रह है या नहीं

Kepler-90 i का पारगमन संकेत 2017 में नया नहीं देखा गया था; वह पहले से मौजूद Kepler डेटा में था। नई चीजें थीं कमजोर दोहराव को फिर खोजने का तरीका, 513 उम्मीदवारों का जाँच क्रम तय करने वाला तंत्रिका नेटवर्क, और संकेत की जगह, द्वितारा व्याख्या तथा उपकरण की गलती जाँचने की पुष्टि-प्रक्रिया। किसी एक चरण ने अकेले i को ग्रह साबित नहीं किया।

इस मामले में कृत्रिम बुद्धिमत्ता ने खगोलशास्त्री की जगह अंतिम फैसला नहीं किया। उसने इतने बड़े डेटा में पहले जाँचे जाने वाले संकेतों का क्रम तय किया कि लोग हर उम्मीदवार को समान विस्तार से नहीं देख सकते थे। परिणाम को दोबारा जाँचने के लिए यह दर्ज करना जरूरी है कि खोज ने उम्मीदवार कैसे निकाले, तंत्रिका-नेटवर्क स्कोर का क्या अर्थ है और अंतिम निर्णय में कौन-सी स्वतंत्र जानकारी इस्तेमाल हुई।

स्रोत

• 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