Matemáticas insospechadas subyacen a la búsqueda de exoplanetas
Conexiones insospechadas ocultas en las matemáticas complejas subyacen en cómo se aplica la teoría de la relatividad general para encontrar nuevos planetas alrededor de otras estrellas.
En un artículo que aparece esta semana en la revista Nature Astronomy, investigadores de Berkeley describen cómo se desarrolló un algoritmo de aprendizaje automático para detectar exoplanetas más rápidamente cuando tales sistemas planetarios pasan frente a una estrella de fondo y la iluminan brevemente --un proceso llamado microlente gravitacional-- revelando que teorías de décadas de antigüedad que ahora se utilizan para explicar estas observaciones son lamentablemente incompletas.
En 1936, el mismo Albert Einstein usó su nueva teoría de la relatividad general para mostrar cómo la luz de una estrella distante puede ser desviada por la gravedad de una estrella en primer plano, no solo iluminándola vista desde la Tierra, sino dividiéndola a menudo en varios puntos de luz. luz o distorsionándola en un anillo, ahora llamado anillo de Einstein. Esto es similar a la forma en que una lupa puede enfocar e intensificar la luz del sol.
Pero cuando el objeto de primer plano es una estrella con un planeta, el brillo con el tiempo, la curva de luz, es más complicado. Además, a menudo hay múltiples órbitas planetarias que pueden explicar igualmente bien una curva de luz dada, las llamadas degeneraciones. Ahí es donde los humanos simplificaron las matemáticas y se perdieron el panorama general.
Sin embargo, el nuevo algoritmo apuntó a una forma matemática de unificar los dos tipos principales de degeneración al interpretar lo que detectan los telescopios durante la microlente, lo que demuestra que las dos "teorías" son realmente casos especiales de una teoría más amplia que los investigadores admiten que probablemente aún esté incompleta.
"Un algoritmo de inferencia de aprendizaje automático que desarrollamos previamente nos llevó a descubrir algo nuevo y fundamental sobre las ecuaciones que gobiernan el efecto relativista general de la flexión de la luz por parte de dos cuerpos masivos", escribió en un comunicado Joshua Bloom en una publicación de blog el año pasado cuando subió el artículo al servidor de preimpresión arXiv. Bloom es profesor de astronomía de UC Berkeley y presidente del departamento.
Comparó el descubrimiento del estudiante graduado de UC Berkeley, Keming Zhang, con las conexiones que el equipo de inteligencia artificial de Google, DeepMind, hizo recientemente entre dos áreas diferentes de las matemáticas. En conjunto, estos ejemplos muestran que los sistemas de IA pueden revelar asociaciones fundamentales que los humanos pasan por alto.
"Sostengo que constituyen una de las primeras, si no la primera, vez que la Inteligencia Artificial se ha utilizado para producir directamente nuevos conocimientos teóricos en matemáticas y astronomía", dijo Bloom. "Así como Steve Jobs sugirió que las computadoras podrían ser las bicicletas de la mente, hemos estado buscando un marco de IA que sirva como un cohete intelectual para los científicos".
"Este es un hito en la IA y el aprendizaje automático", enfatizó el coautor Scott Gaudi, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Ohio y uno de los pioneros en el uso de microlentes gravitacionales para descubrir exoplanetas. "El algoritmo de aprendizaje automático de Keming descubrió esta degeneración que los expertos en el campo que trabajaron con datos durante décadas habían pasado por alto. Esto sugiere cómo será la investigación en el futuro cuando sea asistida por el aprendizaje automático, lo cual es realmente emocionante".
Zhang y Gaudi han presentado un nuevo artículo que describe rigurosamente las nuevas matemáticas basadas en la relatividad general y explora la teoría en situaciones de microlente donde más de un exoplaneta orbita alrededor de una estrella.
Técnicamente, la nueva teoría hace que la interpretación de las observaciones de microlente sea más ambigua, ya que existen soluciones más degeneradas para describir las observaciones. Pero la teoría también demuestra claramente que observar el mismo evento de microlente desde dos perspectivas, desde la Tierra y desde la órbita del Telescopio Espacial Roman, por ejemplo, hará que sea más fácil establecer las órbitas y masas correctas. Eso es lo que los astrónomos planean hacer actualmente, dijo Gaudí.
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