I cacciatori di esopianeti hanno trovato migliaia di pianeti, la maggior parte orbitante vicino alle stelle che li ospitano, ma sono stati rilevati relativamente pochi mondi alieni che fluttuano liberamente attraverso la galassia come cosiddetti pianeti canaglia, non legato a nessuna stella. Molti astronomi credono che questi pianeti siano più comuni di quanto sappiamo, ma che le nostre tecniche di ricerca dei pianeti non sono state all'altezza del compito di localizzarli.

La maggior parte degli esopianeti scoperti fino ad oggi sono stati trovati perché producono lievi cali nella luce osservata delle loro stelle ospiti mentre passano attraverso il disco della stella dal nostro punto di vista. Questi eventi sono chiamati transiti.

Il telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA condurrà un'indagine per scoprire molti altri esopianeti utilizzando potenti tecniche disponibili per un telescopio a largo campo. Le stelle nella nostra galassia della Via Lattea si muovono, e gli allineamenti casuali possono aiutarci a trovare pianeti canaglia. Quando un pianeta fluttuante si allinea precisamente con una stella lontana, questo può far illuminare la stella. Durante tali eventi, la gravità del pianeta agisce come una lente che ingrandisce brevemente la luce della stella di sfondo. Mentre Roman può trovare pianeti canaglia attraverso questa tecnica, chiamato microlenti gravitazionali, c'è uno svantaggio:la distanza dal pianeta della lente è poco conosciuta.

Lo scienziato di Goddard, il dottor Richard K. Barry, sta sviluppando un concetto di missione chiamato Contemporaneous Lensing Parallax e Autonomous TRansient Assay (CLEoPATRA) per sfruttare gli effetti di parallasse per calcolare queste distanze. La parallasse è l'apparente spostamento nella posizione di un oggetto in primo piano visto dagli osservatori in luoghi leggermente diversi. I nostri cervelli sfruttano le visioni leggermente diverse dei nostri occhi in modo da poter vedere anche la profondità. Gli astronomi del XIX secolo stabilirono per la prima volta le distanze delle stelle vicine usando lo stesso effetto, misurare come le loro posizioni si sono spostate rispetto alle stelle di sfondo nelle fotografie scattate quando la Terra si trovava sui lati opposti della sua orbita.

Funziona in modo leggermente diverso con il microlensing, dove l'allineamento apparente del pianeta e della lontana stella sullo sfondo dipende molto dalla posizione dell'osservatore. In questo caso, due osservatori ben separati, ciascuno dotato di un orologio preciso, assisterebbe allo stesso evento di microlente in momenti leggermente diversi. Il ritardo tra i due rilevamenti consente agli scienziati di determinare la distanza del pianeta.

Per massimizzare l'effetto di parallasse, CLEoPATRA farebbe l'autostop su una missione diretta su Marte che partirà più o meno nello stesso periodo di Roman, attualmente previsto per la fine del 2025. Ciò lo collocherebbe nella propria orbita attorno al Sole che raggiungerebbe una distanza sufficiente dalla Terra per misurare efficacemente il segnale di parallasse del microlensing e riempire queste informazioni mancanti.

Il concetto CLEoPATRA sosterrebbe anche il PRime-focus Infrared Microlensing Experiment (PRIME), un telescopio terrestre attualmente dotato di una fotocamera che utilizza quattro rivelatori sviluppati dalla missione romana. Le stime di massa per i pianeti con microlenti rilevati sia da Roman che da PRIME saranno significativamente migliorate dalle osservazioni simultanee di parallasse fornite da CLEoPATRA.

"CLEoPATRA sarebbe a grande distanza dall'osservatorio principale, o romano o un telescopio sulla Terra, " disse Barry. "Il segnale di parallasse dovrebbe quindi permetterci di calcolare masse abbastanza precise per questi oggetti, aumentando così il ritorno scientifico."

Stela Ishitani Silva, un assistente di ricerca presso Goddard e Ph.D. studente alla Catholic University of America di Washington, ha detto che la comprensione di questi pianeti fluttuanti aiuterà a colmare alcune delle lacune nella nostra conoscenza di come si formano i pianeti.

"Vogliamo trovare più pianeti fluttuanti e cercare di ottenere informazioni sulle loro masse, così possiamo capire cosa è comune o per niente comune, " Ha detto Ishitani Silva. "Ottenere la massa è importante per comprendere il loro sviluppo planetario".

Per trovare in modo efficiente questi pianeti, CLEOPATRA, che ha completato uno studio del Laboratorio di pianificazione delle missioni presso la Wallops Flight Facility all'inizio di agosto, utilizzerà l'intelligenza artificiale. Dott. Greg Olmschenk, un ricercatore post-dottorato che lavora con Barry, ha sviluppato un'IA chiamata RApid Machine LearnEd Triage (RAMjET) per la missione.

"Lavoro con certi tipi di intelligenza artificiale chiamati reti neurali, " Olmschenk ha detto. "È un tipo di intelligenza artificiale che imparerà attraverso gli esempi. Così, gli dai un sacco di esempi della cosa che vuoi trovare, e la cosa che vuoi che filtri fuori, e poi imparerà a riconoscere i modelli in quei dati per cercare di trovare le cose che vuoi conservare e le cose che vuoi buttare via."

Infine, l'IA apprende ciò di cui ha bisogno per identificare e invierà solo informazioni importanti. Nel filtrare queste informazioni, RAMjET aiuterà CLEoPATRA a superare una velocità di trasmissione dei dati estremamente limitata. CLEoPATRA dovrà guardare milioni di stelle ogni ora circa, e non c'è modo di inviare tutti quei dati sulla Terra. Perciò, il veicolo spaziale dovrà analizzare i dati a bordo e inviare indietro solo le misurazioni per le fonti che rileva come eventi di microlente.

"CLEoPATRA ci permetterà di stimare molte masse ad alta precisione per i nuovi pianeti rilevati da Roman e PRIME, "Ha detto Barry. "E potrebbe permetterci di catturare o stimare per la prima volta la massa effettiva di un pianeta che fluttua liberamente, mai stato fatto prima. così bello, e così eccitante. Veramente, è una nuova età dell'oro per l'astronomia in questo momento, e sono solo molto eccitato al riguardo."