Nowatorskie oprogramowanie PASTIS pomocne w potwierdzaniu istnienia egzoplanet
Na rynek zaczynają być wprowadzane nowe, posiadające większe możliwości instrumenty do wykrywania egzoplanet. Jednak niezależnie od tego, na ile wysokowydajne będą te technologie, wykrywanie i opisywanie pozasłonecznych planet o niskiej masie ograniczają na dzień dzisiejszy rozmaite zjawiska astrofizyczne i instrumentalne. Precyzyjna charakterystyka gwiazdy macierzystej, modelowanie fluktuacji gwiazd i istnienie fałszywie pozytywnych scenariuszy stanowią szczególnie trudne wyzwania. Zdaniem prof. Alexandre'a Santerne'a, stypendysty Marie Curie z Centrum Astrofizyki przy Uniwersytecie w Porto, Portugalia, i koordynatora projektu PASTIS (Planet Analysis and Small Transit Investigation Software), pokonanie przeszkód stojących na drodze do wykrywania planet podobnych do Ziemi wymagać będzie istotnego udoskonalenia oprogramowania analitycznego w celu uwzględnienia wspomnianych ograniczeń. Pierwszym celem dwuletniego projektu było wprowadzenie udoskonaleń do nowoczesnego oprogramowania PASTIS prof. Santerne'a, co miało umożliwić następnie potwierdzanie istnienia nowych, małych planet o niskiej masie na podstawie danych pozyskiwanych za pośrednictwem CoRoT, Keplera i HARPS z użyciem dopiero co udoskonalonego oprogramowania PASTIS. Jakie są pana zdaniem główne ograniczenia aktualnego oprogramowania do analizy danych? W dziedzinie egzoplanet – co najmniej – głównym ograniczeniem, z jakim borykamy się obecnie, jest niedostatek wiedzy na temat gwiazd macierzystych, a w szczególności ich zmienności (granulacja, plamy, cykle magnetyczne). Nawet w przypadku Słońca, niedawne wysoce precyzyjne obserwacje pokazały, że najnowsze techniki analizy nie poradzą sobie prawdopodobnie z wyszukiwaniem czy charakterystyką wewnętrznych planet Układu Słonecznego. Ze względu na brak znajomości zmienności gwiazd, oprogramowanie analityczne nie jest w stanie odróżnić sygnałów zmienności od sygnałów planet. To oznacza, że znacznej części wskazanych do tej pory małych planet może nie być. Zawsze powtarzam przy okazji wystąpień popularyzacyjnych, że jeżeli znajdziemy planetę podobną do Ziemi w strefie zamieszkiwalnej najbliższej gwiazdy, możemy zorganizować (bardzo kosztowną) misję, aby odwiedzić tę planetę. Ale co się stanie, kiedy okaże się, że tej planety nie ma? To bez wątpienia będzie kompletne fiasko! Oprogramowanie PASTIS istniało przed faktycznym rozpoczęciem prac nad projektem. Jak wypada na tle innych nowoczesnych rozwiązań? Oprogramowanie PASTIS całkowicie różni się pod względem koncepcji od innych rozwiązań w Europie. Podczas gdy większość nowoczesnych programów została zaprojektowana do znajdowania najbardziej precyzyjnych i dokładnych parametrów układu planetarnego, PASTIS ma inny cel: oszacować, w większości przypadków bez względu na parametry, prawdopodobieństwo, czy dany układ planetarny jest rzeczywisty, a nie symulowany przez coś innego. Moim zdaniem do zasadnicza różnica. Nie interesuje nas tak naprawdę, czy dana planeta ma okres orbitalny 12,1 czy 12,2 dnia, ale powinniśmy zainteresować się, czy układ planetarny jest rzeczywisty czy nie. Tym właśnie zajmuje się PASTIS. Jakiego rodzaju udoskonalenia miały zostać wprowadzone do oprogramowania? Początkowym celem było ujęcie modeli gwiazd w PASTIS, aby pewniej potwierdzać istnienie i charakterystykę egzoplanet, w szczególności w kontekście zmienności gwiazd. Do końca projektu pozostało zaledwie kilka miesięcy. Czy pana zdaniem wszystko jest na dobrej drodze do osiągnięcia celów wyznaczonych na początku? Niezupełnie. Niektóre z początkowych celów zostały przetestowane, ale doprowadziły do znacznego spowolnienia oprogramowania do poziomu, który uniemożliwiłby potwierdzanie istnienia nowych planet w trakcie realizacji projektu. Z tego względu szukałem alternatywnych rozwiązań, aby osiągnąć początkowe cele, utrzymując stosunkowo sprawne funkcjonowanie kodu. To się w większości udało. Główne cele dotyczące udoskonalenia oprogramowania zostały wdrożone i zatwierdzone. Na czym polegał problem? Zasadnicza trudność polegała na udoskonaleniu oprogramowania pod względem złożoności bez wydłużania czasu obliczeniowego. To bez wątpienia było pierwszoplanowe wyzwanie tego projektu i wymagało alternatywnych rozwiązań. Jak zawsze w fizyce, kiedy mamy do czynienia z nazbyt złożonym układem, staramy się znaleźć sensowne przybliżenia. A jak wygląda sprawa potwierdzania istnienia nowych planet, co również było jednym z głównych celów? Istnienie nowych planet rzeczywiście zostało potwierdzone za pomocą PASTIS i opublikowane: K2-19 b & c (układ dwóch planet wielkości Neptuna – Armstrong, Santerne et al., 2015) oraz WASP-121 b (interesujący gorący jowisz – Delrez, Santerne et al., 2016). Większa liczba układów jest obecnie przedmiotem analizy, w tym planety wielkości Ziemi. Jakie ma pan plany do czasu sfinalizowania projektu i po jego zakończeniu? Dzięki stypendium Marie Curie, otrzymałem właśnie posadę na uczelni w Marsylii, Francja, od tej jesieni. Będę zatem kontynuować prace nad PASTIS i używać tego oprogramowania do potwierdzania istnienia egzoplanet oraz do przygotowania misji kosmicznej ESA – PLATO. Zamierzam w szczególności wykorzystać nowe dane z misji GAIA do udoskonalenia potwierdzania istnienia planet za pomocą PASTIS. Udoskonalenie kodu, aby przyspieszyć jego działanie, również znajduje się wśród moich nadrzędnych priorytetów na kilka najbliższych lat. PASTIS Dofinansowanie z 7PR-LUDZIE strona projektu w serwisie CORDIS
Kraje
Portugalia