Catégories
Espace et Galaxies

L'intelligence artificielle prédit les systèmes planétaires qui survivront

L'intelligence artificielle prédit les systèmes planétaires qui survivront

Alors que trois planètes ont été détectées dans le système Kepler-431, on sait peu de choses sur la forme de leurs orbites. À gauche, un grand nombre d'orbites superposées pour chaque planète sont cohérentes avec les observations. Une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par Daniel Tamayo de Princeton a supprimé toutes les configurations instables qui seraient déjà entrées en collision et n'ont pas pu être observées aujourd'hui. Faire cela avec les méthodes précédentes prendrait plus d'un an de temps d'ordinateur. Avec leur nouveau modèle SPOCK, cela prend 14 minutes. Crédits: Daniel Tamayo

Pourquoi les planètes n'entrent-elles pas en collision plus souvent? Comment les systèmes planétaires – comme notre système solaire ou les systèmes multi-planètes autour d'autres étoiles – s'organisent-ils? De toutes les façons possibles dont les planètes pourraient orbiter, combien de configurations resteront stables au cours des milliards d'années du cycle de vie d'une étoile?


Rejeter le large éventail de possibilités instables – toutes les configurations qui conduiraient à des collisions – laisserait une vision plus nette des systèmes planétaires autour d'autres étoiles, mais ce n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

"Séparer l'écurie des configurations instables s'avère être un problème fascinant et brutalement difficile", a déclaré Daniel Tamayo, boursier Sagan du NASA Hubble Fellowship Program en sciences astrophysiques à Princeton. Pour s'assurer qu'un système planétaire est stable, les astronomes doivent calculer les mouvements de plusieurs planètes en interaction sur des milliards d'années et vérifier la stabilité de chaque configuration possible – une entreprise de calcul prohibitif.

Les astronomes depuis Isaac Newton ont lutté avec le problème de la stabilité orbitale, mais bien que la lutte ait contribué à de nombreuses révolutions mathématiques, y compris le calcul et la théorie du chaos, personne n'a trouvé un moyen de prédire théoriquement des configurations stables. Les astronomes modernes doivent encore "forcer" les calculs, quoique avec des superordinateurs au lieu de règles abaci ou slide.

Tamayo s'est rendu compte qu'il pouvait accélérer le processus en combinant des modèles simplifiés d'interactions dynamiques des planètes avec des méthodes d'apprentissage automatique. Cela permet d'éliminer rapidement de vastes étendues de configurations orbitales instables – des calculs qui auraient pris des dizaines de milliers d'heures peuvent désormais être effectués en quelques minutes. Il est l’auteur principal d’un article détaillant l’approche Actes de l'Académie nationale des sciences. Les co-auteurs comprennent l'étudiant diplômé Miles Cranmer et David Spergel, Charles A. Young, professeur d'astronomie à Princeton à la Fondation Class of 1897, émérite.

Pour la plupart des systèmes multi-planètes, il existe de nombreuses configurations orbitales qui sont possibles compte tenu des données d'observation actuelles, dont toutes ne seront pas stables. De nombreuses configurations théoriquement possibles se déstabiliseraient "rapidement", c'est-à-dire en quelques millions d'années, en un enchevêtrement d'orbites croisées. Le but était d'exclure ces soi-disant «instabilités rapides».

"Nous ne pouvons pas catégoriquement dire:" Ce système sera OK, mais celui-ci va bientôt exploser "", a déclaré Tamayo. "Le but est plutôt, pour un système donné, d'exclure toutes les possibilités instables qui seraient déjà entrées en collision et ne pourraient pas exister à l'heure actuelle."

Au lieu de simuler une configuration donnée pour un milliard d'orbites – l'approche traditionnelle par force brute, qui prendrait environ 10 heures -, le modèle de Tamayo simule plutôt 10 000 orbites, ce qui ne prend qu'une fraction de seconde. À partir de ce court extrait, ils calculent 10 métriques récapitulatives qui capturent la dynamique de résonance du système. Enfin, ils entraînent un algorithme d'apprentissage automatique pour prédire à partir de ces 10 fonctionnalités si la configuration resterait stable si elle la laissait sortir à un milliard d'orbites.

«Nous avons appelé le modèle SPOCK – Stabilité des configurations orbitales planétaires Klassifier – en partie parce que le modèle détermine si les systèmes« vivront longtemps et prospéreront »», a déclaré Tamayo.

SPOCK détermine la stabilité à long terme des configurations planétaires environ 100 000 fois plus rapidement que l'approche précédente, brisant ainsi le goulot d'étranglement informatique. Tamayo a averti que bien que lui et ses collègues n'aient pas "résolu" le problème général de la stabilité planétaire, SPOCK identifie de manière fiable les instabilités rapides dans les systèmes compacts, qui, selon eux, sont les plus importants pour essayer de faire une caractérisation contrainte de stabilité.

"Cette nouvelle méthode fournira une fenêtre plus claire sur les architectures orbitales des systèmes planétaires au-delà de la nôtre", a déclaré Tamayo.

Mais combien de systèmes planétaires existe-t-il? Notre système solaire n'est-il pas le seul?

Au cours des 25 dernières années, les astronomes ont trouvé plus de 4 000 planètes en orbite autour d'autres étoiles, dont près de la moitié dans des systèmes multi-planétaires. Mais comme les petites exoplanètes sont extrêmement difficiles à détecter, nous avons encore une image incomplète de leurs configurations orbitales.

"Plus de 700 étoiles sont maintenant connues pour avoir deux planètes ou plus en orbite autour d'elles", a déclaré le professeur Michael Strauss, président du département des sciences astrophysiques de Princeton. "Dan et ses collègues ont trouvé une façon fondamentalement nouvelle d'explorer la dynamique de ces systèmes multi-planètes, en accélérant le temps informatique nécessaire pour fabriquer des modèles par des facteurs de 100 000. Avec cela, nous pouvons espérer comprendre en détail la gamme complète de les architectures du système solaire que la nature permet. "

SPOCK est particulièrement utile pour donner un sens à certains des systèmes planétaires faibles et lointains récemment repérés par le télescope Kepler, a déclaré Jessie Christiansen, astrophysicienne aux archives de l'exoplanète de la NASA qui n'était pas impliquée dans cette recherche. "Il est difficile de limiter leurs propriétés avec nos instruments actuels", a-t-elle déclaré. "S'agit-il de planètes rocheuses, de géantes de glace ou de gaz? Ou quelque chose de nouveau? Ce nouvel outil nous permettra d'exclure des compositions et des configurations de planète potentielles qui seraient dynamiquement instables – et cela nous permet de le faire plus précisément et sur une plus grande échelle. échelle qui était auparavant disponible. "


Qu'est-ce que Netflix, Google et les systèmes planétaires ont en commun?


Plus d'information:
Daniel Tamayo el al., "Prédire la stabilité à long terme des systèmes multiplanets compacts", PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2001258117

Fourni par
université de Princeton

Citation:
L'intelligence artificielle prédit les systèmes planétaires qui survivront (2020, 13 juillet)
récupéré le 13 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-artificial-intelligence-planetary-survive.html

Ce document est soumis au droit d'auteur. Hormis toute utilisation équitable aux fins d'études ou de recherches privées, aucune
une partie peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *