Một thuật toán học máy, ban đầu được huấn luyện dựa trên dữ liệu từ các hệ hành tinh mô phỏng, đã được triển khai vào ứng dụng thực tế. Kết quả thu được vô cùng ấn tượng: thuật toán này đã xác định được 44 ngôi sao có tiềm năng rất lớn chứa các hành tinh đá tương tự Trái Đất, nằm trong vùng sống được của hệ sao đó.
"Thuật toán đã nhận diện 44 hệ sao có khả năng cao đang che giấu những hành tinh giống Trái Đất nhưng chưa được phát hiện," nhà thiên văn học Jeanne Davoult từ Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) chia sẻ trong một thông cáo báo chí. "Nghiên cứu tiếp theo cũng xác nhận về mặt lý thuyết rằng những hệ sao này hoàn toàn có thể tồn tại một hành tinh giống Trái Đất."
Thông thường, việc phát hiện những hành tinh giống Trái Đất phần lớn dựa vào sự may mắn, thông qua các khảo sát diện rộng theo dõi hàng ngàn ngôi sao để tìm tín hiệu hành tinh quá cảnh. Tuy nhiên, giới khoa học mong muốn có một phương pháp chủ động và hiệu quả hơn để tăng xác suất tìm ra các hành tinh tiềm năng.
Chính điều này đã thôi thúc Jeanne Davoult, khi còn làm việc tại Đại học Bern (Thụy Sĩ), phát triển một thuật toán học máy có khả năng phân tích và dự đoán sự tồn tại của hành tinh sống được dựa trên cấu trúc của hệ sao.
Tuy nhiên, để thuật toán này có thể hoạt động hiệu quả, cần một lượng lớn dữ liệu huấn luyện chất lượng cao. Mặc dù đã có gần 6.000 ngoại hành tinh được phát hiện, dữ liệu về chúng vẫn còn rời rạc và chưa đủ để "dạy" cho mô hình học máy một cách toàn diện.
Nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt dữ liệu này, Davoult cùng hai đồng nghiệp tại Đại học Bern là Romain Eltschinger và Yann Alibert đã tận dụng Mô hình Bern về sự hình thành và tiến hóa hành tinh. Mô hình này, được phát triển từ năm 2003, sử dụng những hiểu biết tiên tiến nhất về vật lý hành tinh để mô phỏng quá trình hình thành và phát triển của các hệ hành tinh từ đĩa tiền hành tinh.
"Mô hình Bern cho phép chúng tôi tái hiện cách các hành tinh hình thành, phát triển và loại hành tinh nào sẽ ra đời trong từng điều kiện cụ thể," Alibert cho biết. "Đây là một trong số ít mô hình trên thế giới tích hợp được lượng lớn các quá trình vật lý liên kết chặt chẽ, cho phép thực hiện những nghiên cứu như lần này."
Từ Mô hình Bern, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hơn 53.800 hệ hành tinh giả lập, bao gồm ba loại sao chủ chính: sao loại G tương tự Mặt Trời, sao lùn đỏ có khối lượng bằng một nửa Mặt Trời và sao lùn đỏ nhỏ hơn với khối lượng chỉ bằng một phần năm Mặt Trời.
Thuật toán học máy được phát triển sau đó đã "học" từ bộ dữ liệu các hệ hành tinh mô phỏng này, nhằm tìm ra các mối tương quan giữa cấu trúc của hệ sao và khả năng tồn tại của các hành tinh đá trong vùng có thể обитаемость.
Kết quả phân tích cho thấy một số mối liên hệ đáng chú ý. Ví dụ, các hệ sao có một hành tinh đá ở gần sao chủ và một hành tinh khí khổng lồ ở xa hơn - tương tự như cấu trúc của Hệ Mặt Trời - thường có khả năng cao chứa một hành tinh giống Trái Đất trong vùng sống được. Ngược lại, sự hiện diện của một "sao Mộc nóng" (một hành tinh khí khổng lồ có quỹ đạo rất gần sao chủ) gần như loại trừ khả năng tồn tại của một chuỗi các hành tinh đá có quỹ đạo đều đặn như hệ TRAPPIST-1. Điều này được giải thích là do sự di chuyển vào bên trong của các hành tinh khí khổng lồ có xu hướng phá vỡ cấu trúc ban đầu của hệ hành tinh.
Bên cạnh đó, Davoult và các cộng sự còn xác định được một số chỉ số có khả năng dự đoán chính xác tiềm năng обитаемость của một hệ sao, chẳng hạn như bán kính và chu kỳ quỹ đạo của các hành tinh đã biết trong hệ đó. Ví dụ, đối với các sao chủ loại G như Mặt Trời, nếu hành tinh gần nhất có bán kính lớn hơn 2,5 lần bán kính Trái Đất hoặc có chu kỳ quỹ đạo dài hơn 10 ngày, thì hệ sao đó có xác suất cao sở hữu một hành tinh giống Trái Đất trong vùng sống được.
Dựa trên cơ sở dữ liệu giả lập phong phú này, thuật toán đã được huấn luyện và cho thấy hiệu suất ấn tượng: "Độ chính xác đạt tới 0,99, nghĩa là 99% các hệ sao được thuật toán xác định đều chứa ít nhất một hành tinh giống Trái Đất," Davoult khẳng định.
Sau khi được kiểm chứng bằng dữ liệu giả lập, thuật toán này đã được áp dụng vào dữ liệu quan sát thực tế và xác định được 44 hệ sao có khả năng cao đang ẩn chứa các hành tinh có điều kiện sống phù hợp.
Phát hiện này mở ra một triển vọng lớn cho các nhà thiên văn học, cho phép họ tập trung nguồn lực quan sát vào những mục tiêu tiềm năng nhất thay vì phải tìm kiếm một cách ngẫu nhiên. Thuật toán này được kỳ vọng sẽ đặc biệt giá trị trong tương lai, khi sứ mệnh PLATO của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đi vào hoạt động, với mục tiêu khám phá hàng ngàn hành tinh quá cảnh mới.
Nhờ sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo, hàng ngàn hệ sao có thể được sàng lọc để chọn ra chỉ vài chục ứng viên sáng giá nhất, qua đó đẩy nhanh đáng kể quá trình tìm kiếm các hành tinh có điều kiện tương tự Trái Đất.
"Đây thực sự là một bước tiến quan trọng trong hành trình khám phá sự sống bên ngoài Trái Đất," Alibert nhấn mạnh.
Keith Cooper là cộng tác viên của Space.com. Bài viết được đăng trên Space.com vào ngày 16/04/2024.
Space.com là một trang tin khoa học uy tín hàng đầu thế giới, chuyên cung cấp thông tin về thiên văn học, khám phá vũ trụ, công nghệ không gian và các sứ mệnh vũ trụ quốc tế. Ra đời từ năm 1999, Space.com nổi bật với các bài viết cập nhật, dễ hiểu và chính xác, được thực hiện bởi đội ngũ nhà báo và chuyên gia trong lĩnh vực khoa học vũ trụ.
Biên dịch: Thu Hoài
