Yale-forskare har hittat ett datadrivet sätt att upptäcka avlägsna planeter och förfina sökandet efter världar som liknar jorden.

Det nya tillvägagångssättet, beskrivs i en studie publicerad 20 december in The Astronomical Journal , förlitar sig på matematiska metoder som har sin grund i fysikforskning. Istället för att försöka filtrera bort signalens "brus" från stjärnor som exoplaneter kretsar runt, Yale-forskare studerade all signalinformation tillsammans för att förstå krångligheterna i dess struktur.

"Det kräver inget annat än själva data, som är en spelväxlare, " sa seniorförfattaren John Wettlaufer, den A.M. Bateman professor i geofysik, Matematik och fysik vid Yale. "Dessutom, det låter oss jämföra våra resultat med andra, traditionella tillvägagångssätt och förbättra alla modelleringsantaganden de använder."

Sökandet efter exoplaneter – planeter som finns utanför vårt eget solsystem – har ökat dramatiskt de senaste åren. Ansträngningen är motiverad, till viss del, av en önskan att upptäcka jordanaloger som också kan stödja liv.

Forskare har använt många tekniker i detta arbete, inklusive pulsar timing, direkt avbildning, och mäta hastigheten med vilken stjärnor och galaxer rör sig antingen mot eller bort från jorden. Men var och en av dessa tekniker, individuellt eller i kombination, ger utmaningar.

Först och främst, dessa utmaningar har att göra med att eliminera främmande data – brus – som inte matchar befintliga modeller av hur planeter förväntas bete sig. I denna traditionella tolkning av buller, sökningar kan hämmas av data som skymmer eller efterliknar exoplaneter.

Wettlaufer och hans kollegor bestämde sig för att leta efter exoplaneter på samma sätt som de hade sorterat satellitdata för att hitta komplexa förändringar i arktisk havsis. Det formella namnet för tillvägagångssättet är "multi-fractal temporally weighted detrended fluktuation analysis" (MF-TWDFA). Den sållar data på alla tidsskalor och extraherar de underliggande processerna som är associerade med dem.

"En nyckelidé är att händelser som ligger närmare i tiden är mer sannolikt att likna de som är längre bort i tiden, " sa Wettlaufer. "När det gäller exoplaneter, det är fluktuationerna i en stjärnas spektrala intensitet som vi har att göra med."

Användningen av multifraktaler i naturvetenskap och matematik var pionjär vid Yale av Benoit B. Mandelbrot och Katepalli Sreenivasan. För expertis i sökandet efter exoplaneter, forskarna rådfrågade Yale-astrofysikern Debra Fischer, som har varit banbrytande inom många tillvägagångssätt inom området.

Forskarna bekräftade noggrannheten i deras metodik genom att testa den mot observationer och simuleringsdata från en känd planet som kretsar kring en stjärna i stjärnbilden Vulpecula, cirka 63 ljusår från jorden.