PopSci Q&A: 廃棄されたデータを掘り起こして本物のタトゥーを発見

現代の天文学探検家たちの殿堂の中で、ケプラー宇宙望遠鏡はトップクラスに位置し、空のほんの一部を見つめながら、太陽系外の 1,200 以上の世界を発見しました。ケプラーは、焼けつくような熱さの小さな地球型世界、軌道を共有している可能性のある惑星、特にインクのように光を吸収する惑星、そして恒星のゴルディロックス ゾーンに心地よく収まっている 54 個の惑星を明らかにしました。9 月、ケプラーの天文学者たちは、さらに別の奇妙な発見を発表しました。それは、ある SF 映画 6 部作に出てくる、ある暗褐色の世界によく似た、連星系の周りを回る惑星です。

しかし、このエキサイティングな発見（間違いなくケプラーのこれまでの最も有名な発見の 1 つ）が、最初は誰かのゴミだったことをほとんどの人が知らなかったでしょう。ローレンス・ドイルは喜んでそれをふるいにかけ、その年最大の科学的発見の 1 つにつながりました。

周連星系であるケプラー16bは、食連星系を丹念に調査した後に発見されたと、ドイル氏はPopSciの長編インタビューで語っている。惑星の通過の明らかな兆候を見つけるために恒星の明るさのちらつきを探すほとんどの惑星ハンターにとって、これらの連星はデータを不明瞭にする。

「単一星の通過を狙う人々は、食連星を惑星探索の悩みの種と呼んでいます」とドイル氏は言う。「しかし、ある人にとっての悩みの種は、他の人にとっては宝物です。私たちは『あなたの貧弱で、疲れた食連星をください』と言いました。彼らはそれを捨て、私たちはそれを奪い取りました。」

PopSciは、SETI研究所の天体物理学者であるドイル氏にインタビューし、彼と彼の同僚がどのようにそれを成し遂げたのかを尋ねた。

PopSci: ケプラーは空のほんの一部しか観測していないのに、なぜこんなに多くのデータが得られるのでしょうか?

ローレンス・ドイル:ケプラーはハッブル宇宙望遠鏡の広角版です。ハッブルは、遠くの尾根にいるヘラジカを観察するのに双眼鏡を使うようなものです。ヘラジカが角や枝角を持っていることに気づきます。一方、ケプラーはヘラジカの調査に似ています。ヘラジカの枝角やひずめを調べるのではなく、遠くの丘にいるヘラジカを数えます。ハッブルの主目的は宇宙の年齢を判定することでしたが、ケプラーの主目的はもう一つの地球を見つけることです。そのため、膨大な量のデータを調べています。1500万個の星がケプラー望遠鏡に当たりますが、基本的には資金の問題によるメモリの制限のため、ダウンロードできるのは最も明るい155,000個だけです。釣りをするようなものなら時間がかかります。ケプラーは3年間にわたって155,000個の星を継続的に観測しています。これはかなりのデータ量です。さらに、これまで星について行われたデータよりも 100 倍も感度の高いデータを見ることになります。光度曲線を見るのです。ケプラーは色やスペクトルを測るのではなく、ただ星を見つめて、その明るさの変化を非常に正確に測ります。時間の経過に伴う明るさの変化だけで、星について膨大な情報を得ることができます。

食連星ワーキンググループは、155,000 個の光度曲線を調べ、食連星を選び出さなければなりませんでした。食連星は約 2,000 個あります。

PS: 目視で見つけたということですか？どうやって見つけたのですか？

LD:食連星にはさまざまな種類があります。分離型、半分離型、接触型、食中に振動する型などがあります。これらすべてを網羅するアルゴリズムを書くのはあまりにも大変だったので、みんなで思い切ってやってみようと決めました。8 人のグループで探し始めました。光度曲線のくぼみや 2 つ目のくぼみを探して、これが候補だと判断しました。しかし、食連星を探すのに 2 年かかり、ようやく惑星を探すことができました。基本的に、何かを見て食連星だと判断できましたが、1 日に数十個は見つけることができました。

15 年前でさえ、データが問題でした。十分なデータが得られなかったのです。今では天文学者はデータに溺れています。追伸: 食連星はなぜ研究に役立つのでしょうか?

LD:恒星の大きさについてわかっていることのほとんどすべては、食連星系から得たものです。連星系は遠すぎて円盤の大きさを観察できませんが、スペクトルを絶対的な尺度でとることができます。これにより、互いに暗くなるのにどのくらいの時間がかかるかがわかります。太陽系外の惑星についてわかっていることのほとんどすべては、トランジットから得たものです。惑星が恒星の前を移動すると、その明るさの比率を測定して惑星の大きさを知ることができます。ケプラー 16b は食連星系のトランジット惑星でした。つまり、太陽系外の惑星の中で最もよく測定されている惑星です。食連星なので恒星を測定でき、トランジット惑星なので惑星を測定できます。惑星は両方の恒星の前を移動します。ですから、これは本当に幸運な発見であり、数百光年離れたものでも正確に測定できることを示しています。

追伸: 単一星の通過を観測する人が、なぜこれらを見たくないのでしょうか?

LD:電球を見ると、中央の方が側面よりも明るいです。惑星が恒星の前を通過すると、中央のほうが端よりも多くの光を遮ります。これを利用して、惑星が端の 1 つに接触しているかどうかを判断できます。そのため、[トランジット ハンター] が接触連星を見つけたとき、トランジットは同じ深さではないことに気付きました。深い沈みと、それほど深くない沈みがありました。トランジットはそうであってはなりません。毎回同じ深さで沈むはずです。2 回目の沈みがあった場合、彼らは接触食連星だと言います。しかし、私たちのグループはそれを欲しがっていました。[トランジット ハンター] は「カタログを入手して、それらを除外できるのは良いことだ」と言い、私たちは「カタログがあれば、連星系を周回する惑星を探すことができる」と言いました。食連星を望む人々と、それをなくしたい人々の間で、友好的な会話が交わされていました。

PS: この破棄されたデータは他にどのように役立つのでしょうか?

LD:トランジット ハンターに、それがトランジット惑星か食連星かの確率を伝えたかったのです。そこで、誤報率を伝えることができました。公開された 1,235 個の惑星候補のうち、食連星はいくつあったかです。すべての惑星のスペクトルを撮影する時間がなかったので、コミュニティに公開しました。しかし、少なくとも 90 パーセント以上は本物の惑星だと思います。これは、他の恒星の周りの惑星の数の 3 倍以上です。

PS: 光度曲線データだけを使って、どうやって惑星が存在すると判断したのですか?

LD:光度曲線では、明るさを時間とともに表す曲線が得られます。ケプラー16で最初に行ったのは、いくつかの減光が規則的で、いくつかは浅く、いくつかは深いことに気づいたことです。つまり、明るい星と暗い星があるに違いありません。ケプラーはピクセルが大きいので、背景に食連星があり、偶然同じ測定結果になったのではないかと考えました。背景の食連星であれば、曲線は深い、浅い、深い、浅いという具合になります。しかし、その後、連星の位置が入れ替わりました。深い減光、浅い減光、浅い減光、深い減光でした。「おお、」という感じでした。どうして突然方向が変わって逆方向に行くのでしょうか。意味がわかりませんでした。しかし、これは連星系を周回する天体だということはわかりました。大きな星を横切り、次に小さな星を横切り、両方の周りを一周します。戻ってきたときに、たまたま小さな星が前にいて、位置が入れ替わったのです。

追伸：それが惑星であるとどうやって確信できるのですか？

LD: 3 番目の天体は食連星の周りを回っており、回るたびに引っ張られるはずです。もしそれが恒星質量であれば、構成要素を引っ張って軌道周期を変えます。そして、周期を変えるのにどれだけの質量が必要か計算できます。そこで私たちは食の時間を調べました。食が起こったとき、タイミングの変化はわずか 1 分程度でした。つまり、食は恒星質量ではなく、その時点で惑星があることがわかりました。その時点では微調整が必​​要でしたが、ケプラー 16b を発見しました。

PS: 他にもこのようなものが見つかると思いますか? 他に何をお探しですか?

LD:ケプラーは地球を見つけるために長期間のミッションをこなさなければなりません。私たちは太陽が典型的な恒星だと思っていましたが、そうではありません。太陽は特に静止しています。恒星の3分の2ははるかに活動的で、より明滅しています。ノイズも多くなります。ゲティスバーグ演説を2分で暗唱できるのに、電話回線が「チッ」と鳴っているようなものです。「ノイズが多いので、少なくとも10分はかかります」と言うでしょう。つまり、地球を見つけるにはもっと時間がかかるということですが、私たちはそれを知りませんでした。しかし、これまで測定されたものより100倍も正確に測定すると、驚きがあるはずです。

天文学者にとって、15 年前でさえ、データは問題でした。十分なデータが得られなかったのです。現在、天文学者はまさにデータに溺れています。天文学者が処理できる量を超えるほどのデータが存在します。データベース管理を行うには、友人を招待するのも 1 つの方法です。市民科学はますます人気が高まっていくと思います。制限されるのは、実際に何かを発見することにどれだけの人が参加できるかという私たちの想像力だけです。