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El paisaje de un mundo alienígena orbitando estrellas binarias. | Crédito: Robert Lea (Creado con Canva)
Un nuevo programa de inteligencia artificial podría revolucionar nuestra comprensión de los sistemas estelares binarios, reduciendo drásticamente el tiempo necesario para distinguir las características de sus estrellas. Con este programa, lo que normalmente lleva un mes podría hacerse en apenas 10 minutos.
El sistema, una red neuronal llamada PHOEBAI, podría transformar el proceso de evaluación de estos sistemas estelares gemelos y determinar cualidades estelares como la masa y el tamaño, aliviando un cuello de botella de cientos de miles de posibles binarios que actualmente esperan ser analizados.
«Más del 50% de las estrellas similares al Sol y de las estrellas más masivas están en sistemas estelares binarios o múltiples,» afirmó Andrej Prša, autor de la investigación y académico de la Universidad de Villanova. «Lo que antes tomaba más de dos semanas en una supercomputadora ahora se realiza en minutos o incluso segundos en un solo portátil.»
El desafío de identificar sistemas binarios
Uno de los desafíos más fascinantes para los astrónomos es identificar la luz proveniente de sistemas binarios a distancias extremadamente lejanas. Mientras que un joven Luke Skywalker puede soñar con las aventuras espaciales mientras observa las dos estrellas de su planeta Tatooine, los astrónomos enfrentan un reto considerable al intentar distinguir entre dos estrellas que parecen ser una sola desde una gran distancia. Este reto se agrava cuando las estrellas se cruzan en sus órbitas, lo que puede hacer que la luz de ambas se perciba como un solo punto.
Para abordar esta dificultad, los astrofísicos de Villanova han incorporado inteligencia artificial (IA) con la esperanza de que esta tecnología pueda tomar lo que parece ser un único punto de luz estelar en sistemas lejanos y determinar si proviene de dos estrellas, identificando así un «sistema binario eclipsante».
La velocidad de evaluación de estrellas binarias que se espera lograr con PHOEBAI es emocionante, dado que una gran cantidad de estrellas en el universo existen en sistemas binarios y múltiples. La importancia de PHOEBAI radica en que la única forma en que los científicos pueden «pesar» las estrellas es observando las propiedades orbitales de otro cuerpo que las orbita.
Prša añadió: «Si ese otro cuerpo resulta ser una estrella, es excelente, porque podemos verla; a diferencia de, por ejemplo, un exoplaneta débil que orbita alrededor de ella. Por lo tanto, las estrellas binarias nos proporcionan masas estelares y, mejor aún, también pueden darnos los radios estelares. Las estrellas están, literalmente, a distancias astronómicas, lo que significa que, en su mayoría, no podemos resolver sus discos. Aquí entran en juego las binarias. Si nuestro punto de vista está alineado con el plano orbital del sistema binario, las estrellas experimentarán eclipses. Luego, se trata de una cuestión de geometría simple para determinar cuál es el tamaño estelar.»
El sistema PHOEBAI está basado en un «modelo físico» llamado PHOEBE, que ya ha sido optimizado en gran medida y, por lo tanto, ha proporcionado a su sucesor decenas de millones de observables generados artificialmente.
«El papel de la IA en este contexto es actuar como un reemplazo directo del modelo físico. En otras palabras, asumimos que la naturaleza binaria del sistema ya está establecida, y queremos analizar observaciones y extraer parámetros estelares fundamentales de los componentes del sistema binario,» explicó Prša. «Al hacerlo, logramos crear un ‘emulador’ robusto del modelo físico que ofrece un rendimiento comparable en términos de precisión, pero que supera al modelo físico en velocidad por un factor de alrededor de un millón.»
En cuanto a las misiones que PHOEBAI asistirá, Prša mencionó que los candidatos más evidentes son el Experimento de Lente Gravitacional Óptica (OGLE), los cazadores de exoplanetas de la NASA, el Telescopio Espacial Kepler y el Satélite de Levantamiento de Exoplanetas Transitorios (TESS). Además, los resultados más destacados de PHOEBAI seguirán la cuarta liberación de datos de la nave espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA).
«PHOEBAI tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión de las estrellas binarias,» afirmó Prša. «Espero que el próximo año presenciemos una transformación en el campo de las estrellas binarias, aumentando el número de binarias resueltas de varios cientos a cientos de miles. Esto será un tesoro para los estudios de la población estelar en los años venideros.»
Mientras tanto, el equipo está llevando a cabo la validación final de los resultados de su IA para asegurarse de que no haya errores sistemáticos. «Paralelamente, estamos preparando los datos de Imágenes de Marco Completo de TESS para ser modelados. Durante el verano, tendremos resultados preliminares para alrededor de 150,000 curvas de luz de binarias eclipsantes, y dedicaremos unos meses a analizar e interpretar estos datos a fondo,» concluyó Prša. «Una vez terminado, difundiremos estos hallazgos a la comunidad científica y al público general a través de artículos revisados por pares y en el sitio web del proyecto.»
La investigación del equipo fue publicada en febrero en The Astrophysical Journal.
