Команда ученых из Оксфорда, Кембриджа и Падуи проверила, какой способ поиска планет у других звезд работает лучше всего. Они создали 2000 искусственных «звездных кривых блеска» — графиков яркости, какими их увидит будущий космический телескоп PLATO, и добавили туда сигналы планет размером от половины до двух Земель. Выяснилось, что самый точный метод требует слишком много компьютерного времени, а почти такой же результат можно получить быстрее и дешевле. Работа будет опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, а ее препринт выложен на arXiv.
Подумайте о том, что вы стоите на улице и смотрите на далекий фонарь. Если перед ним пролетит мошка, свет на мгновение чуть-чуть ослабнет, но вы можете этого не заметить. Однако это один из способов поиска планет: астрономы следят за яркостью звезды и ждут, когда та слегка «мигнет». Но беда в том, что звезды и сами мигают — на них есть пятна, они колеблются, дышат, меняются. Сигнал от маленькой планеты буквально тонет в этом беспокойном мерцании.
Миссия PLATO, которую Европейское космическое агентство планирует запустить в марте 2027 года, должна стать главным охотником за планетами, похожими на Землю. Она будет несколько лет подряд неотрывно смотреть на тысячи солнцеподобных звезд. Но прежде чем запускать телескоп, нужно решить: как именно обрабатывать данные, чтобы не пропустить драгоценный сигнал.
Ученые поступили просто: они сделали 2000 искусственных звезд с пятнами, колебаниями и шумом приборов, все как в жизни. В каждую такую звезду они «подсадили» планету. А потом стали проверять, какой из трех алгоритмов поиска и какой из четырех способов «выглаживания» кривой блеска найдет больше планет.
Способы выглаживания кривой блеска это фильтры. Они убирают долгие плавные изменения яркости, оставляя короткие провалы от транзитов. Фильтры похожи на сито: одно сито пропускает слишком много сора, другое вместе с сором выкидывает и то, что мы ищем. Лучшим оказался фильтр под названием «сплайн Хубера» (Huber spline) — он и быстрый, и аккуратный, и форму транзита не портит.
Ученые применили три алгоритма поиска: CETRA, umbra и nuance. Первые два сначала чистят кривую блеска фильтром, а потом ищут периодические провалы. Третий, nuance, умнее всех: он одновременно и учитывает переменность звезды, и ищет планету. Неудивительно, что он нашел больше всех — 61 процент планет. Но за это приходится платить: он работает в сотни раз дольше.
И тут выяснилась приятная вещь. Если запустить быстрый CETRA не один раз, а с четырьмя разными фильтрами, он догоняет nuance — 61,3 процента. А umbra с двумя фильтрами дает даже 61,7 процента. Получается, что можно не тратить огромные компьютерные ресурсы, а просто несколько раз прогнать данные через разные настройки.
Еще один полезный вывод: если объединить результаты всех трех алгоритмов, можно найти около 65 процентов планет. Это заметно больше, чем дает каждый по отдельности. Как будто вы ловите рыбу тремя разными сетями и каждая пропускает что-то свое, а вместе они вылавливают достаточно много.
Отдельная история с ограничениями на длительность транзита. Все алгоритмы искали слишком узкий диапазон возможных длительностей и поэтому пропускали планеты, которые проходят по краю звездного диска. Более точные формулы, учитывающие геометрию орбиты, позволяют расширить этот диапазон и найти больше экзопланет.
В итоге авторы дают практические советы для будущей миссии PLATO. Главный фильтр — сплайн Хубера с окнами от 0,8 до 1,8 суток. Алгоритм CETRA стоит доработать, добавив в него «искаженные» шаблоны транзита из umbra, это повысит точность. Nuance можно применять для горячих и быстро вращающихся звезд, если есть свободные компьютеры. А главное, после запуска телескопа все эти рекомендации нужно будет перепроверить на настоящих данных, потому что никакая модель не заменит реального космоса.
В результате исследования ученые сравнили три алгоритма поиска экзопланет и четыре фильтра на 2000 искусственных кривых блеска для будущей миссии PLATO. Самый точный метод, nuance, нашел больше всех планет, но требует слишком много компьютерного времени. Более быстрые CETRA и umbra с несколькими настройками фильтра догоняют его по результату. Объединение всех трех методов позволяет найти около 65 процентов планет. Авторы рекомендуют доработать CETRA, использовать сплайн Хубера как основной фильтр и обязательно перепроверить выводы на реальных данных после запуска телескопа.
Научная публикация:
Detecting transiting exoplanets in simulated PLATO data: A comparison of light curve filter and transit search algorithms, Geert Jan Talens, Leigh C. Smith, Luca Malavolta et al, https://doi.org/10.48550/arXiv.2609.15493
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
