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Astronomie+Physik

Ein fremder Stern mit acht Planeten

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Die acht Planeten von Kepler-90 im Vergleich zu unserem Sonnensystem (Grafik: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel)
Unsere kosmische Heimat ist nun nicht mehr das einzige bekannte Sternensystem mit acht Planeten: Rund 2545 Lichtjahre von uns entfernt gibt es einen sonnenähnlichen Stern, der ebenfalls von acht Begleitern umkreist wird. Das Planetensystem Kepler-90 war zuvor schon bekannt, den achten Planeten aber hat erst jetzt ein besonderer Helfer der Astronomen entdeckt: eine künstliche Intelligenz. Ein „Computerhirn“ hat gelernt, in den Daten des Kepler-Weltraumteleskops die verräterischen Spuren von Planetentransits zu identifizieren.

Längst ist klar, dass es im Kosmos Millionen, wahrscheinlich Milliarden von Sternen mit Planeten und Planetensystemen gibt. Auch unser Sonnensystem ist damit keine Ausnahme mehr. Allerdings: In Bezug auf die Zahl ihrer Planeten hatte unsere Sonne bisher noch immer die Nase vorn. Mehr als sieben Exoplaneten um einen Stern hatten die Astronomen bisher nicht gefunden – zuletzt beim nur 40 Lichtjahre von uns entfernten Roten Zwerg Trappist-1. Doch klar war auch: Teleskope wie das Weltraumteleskop Kepler haben inzwischen so viele Daten zu fremden Sternen gesammelt, dass die Planetenfahnder kaum mehr mit der Auswertung hinterherkommen. Mehr als hunderttausend Lichtkurven von Sternen warten allein in den Datensätzen des Kepler-Teleskops darauf, geprüft und auf mögliche Anzeichen eines Planetentransits bewertet zu werden.

KI als Planetenjäger

Jetzt haben sich die Astronomen Hilfe von ungewöhnlicher Seite gesucht – von einer künstlichen Intelligenz. Der Software-Ingenieur Christopher Shallue von Google AI kam auf die Idee, ein lernfähiges Computerhirn an die Auswertung der Kepler-Daten zu setzen. „Maschinenlernen kann immer dann glänzen, wenn es so viele Daten gibt, dass Menschen sie nicht selbst durchsuchen können“, erklärt Shallue. Im Fall von Kepler ging es um 35.000 mögliche Transitsignale, die das Teleskop in vier Jahren Fahndung aufgezeichnet hatte. Um ihre künstliche Intelligenz zum Planetenfahnder auszubilden, trainierten die Forscher das lernfähige neuronale Netzwerk zunächst anhand von 15.000 bestätigten Planetensignalen. An diesen lernte das System, welche Merkmale die Lichtkurve eines echten Planetentransits auszeichnen, bis es in 96 Prozent der Fälle richtig lag.

Dann setzten die Astronomen die KI an einen Datensatz von 670 Sternen, um die bereits Planeten bekannt waren. Ihr Ziel: Das Computerhirn sollte feststellen, ob sich in diesen bekannten Systemen nicht noch weitere, bisher nicht entdeckte Planeten verbergen. Tatsächlich wurde die KI in mehreren Fällen fündig. „Natürlich bekamen wir auch viele falschpositive Ergebnisse“, erklärt Andrew Vanderburg von der University of Texas in Austin. „Aber das ist wie beim Sieben von Geröll, um Edelsteine zu finden: Mit einem feineren Sieb findet man mehr Steine, aber auch mehr Edelsteine.“

Acht Planeten – wie im Sonnensystem

Als besonders spannend erwies sich ein Treffer der KI bei Kepler-90, einem rund 2545 Lichtjahre von uns entfernt liegenden sonnenähnlichen Stern. In diesem System waren bereits sieben Planeten bekannt. Jetzt hat die KI einen achten Planeten aufgespürt. Dieser umkreist den Stern als dritter von innen – Kepler-90i benötigt nur 14,4 Tage für einen Umlauf. Damit ist Kepler-90 das erste bekannte Planetensystem um einen fremden Stern, das ebenso wie unser Sonnensystem acht Planeten besitzt. „Zum ersten Mal seitdem die ersten Planeten unseres eigenen Sonnensystems entdeckt worden sind, wissen wir nun, dass unser Sonnensystem nicht der einzige Rekordhalter mit acht Planeten ist“, sagt Vanderburg.

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Das Planetensystem Kepler -90 und wie der achte Planet entdeckt wurde (NASA/Ames)

Ähnlich wie bei unserem Sonnensystem nimmt die Größe der Planeten bei Kepler-90 von innen nach außen zu: Während die sechs innerersten Planeten zwischen der Größe einer Supererde und Neptungröße rangieren, sind die beiden äußeren Planeten große Gasriesen im Jupiterformat. Anders als beim Sonnensystem liegen alle Planeten aber sehr nah beieinander: „Das Kepler-90 System ist wie eine Mini-Version unseres Sonnensystems“, erklärt Vanderburg. Übertragen auf unser System würden die Orbits aller acht Planeten noch innerhalb der Umlaufbahn der Erde um die Sonne liegen. Daher ist auch der neuentdeckte achte Planet alles andere als lebensfreundlich: Auf seiner Oberfläche herrschen wahrscheinlich Temperaturen von mehr als 400 Grad Celsius – ähnlich wie auf der Tagseite des Merkur.

Angesichts des Erfolgs ihres digitalen Helfers wollen die Astronomen die KI als nächstes auf einen noch größeren Datensatz an Kepler-Daten loslassen – diesmal die Lichtkurven von mehr als 150.000 Sternen. „Wie wir erwartet haben, verbergen sich noch spannende Entdeckungen in unseren archivierten Keplerdaten“, sagt Paul Hertz, Leiter der Abteilung für Astrophysik bei der NASA. „Diese Entdeckung belegt, dass unsere Daten noch auf Jahre hinaus ein wahrer Schatz sein werden.“
 

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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