Exoplanetjägare har hittat tusentals planeter, mest kretsar nära sina värdstjärnor, men relativt få främmande världar har upptäckts som flyter fritt genom galaxen som så kallade skurkplaneter, inte bunden till någon stjärna. Många astronomer tror att dessa planeter är vanligare än vi vet, men att våra tekniker för att hitta planeter inte har klarat uppgiften att lokalisera dem.

De flesta exoplaneter som hittills upptäckts hittades eftersom de producerar små dippar i det observerade ljuset från sina värdstjärnor när de passerar över stjärnans skiva från vår synvinkel. Dessa händelser kallas transiter.

NASA:s romerska rymdteleskop Nancy Grace kommer att genomföra en undersökning för att upptäcka många fler exoplaneter med hjälp av kraftfulla tekniker som är tillgängliga för ett bredfältsteleskop. Stjärnorna i vår Vintergatans galax rör sig, och slumpmässiga anpassningar kan hjälpa oss att hitta oseriösa planeter. När en fritt svävande planet är i linje med en avlägsen stjärna, detta kan få stjärnan att ljusna. Under sådana händelser, planetens gravitation fungerar som en lins som kort förstorar bakgrundsstjärnans ljus. Även om Roman kan hitta oseriösa planeter genom denna teknik, kallad gravitationell mikrolinsning, det finns en nackdel - avståndet till linsplaneten är dåligt känt.

Goddard-forskaren Dr. Richard K. Barry utvecklar ett uppdragskoncept som kallas Contemporaneous Lensing Parallax and Autonomous Transient Assay (CLEoPATRA) för att utnyttja parallaxeffekter för att beräkna dessa avstånd. Parallax är den uppenbara förändringen i positionen för ett förgrundsobjekt som ses av observatörer på lite olika platser. Våra hjärnor utnyttjar de lite olika synpunkterna på våra ögon så att vi också kan se djupet. Astronomer på 1800-talet fastställde först avstånden till närliggande stjärnor med samma effekt, mäter hur deras positioner skiftade i förhållande till bakgrundsstjärnor i fotografier tagna när jorden var på motsatta sidor av sin omloppsbana.

Det fungerar lite annorlunda med mikrolinsning, där planetens skenbara inriktning och avlägsen bakgrundsstjärna i hög grad beror på observatörens position. I detta fall, två väl åtskilda observatörer, var och en utrustad med en exakt klocka, skulle bevittna samma mikrolinsningshändelse vid något olika tidpunkter. Tidsfördröjningen mellan de två upptäckterna gör det möjligt för forskare att bestämma planetens avstånd.

För att maximera parallaxeffekten, CLEoPATRA skulle åka på ett Mars-bundet uppdrag som startar ungefär samtidigt som Roman, för närvarande planerad till slutet av 2025. Det skulle placera den i sin egen bana runt solen som skulle uppnå ett tillräckligt avstånd från jorden för att effektivt mäta mikrolinsens parallaxsignal och fylla i denna saknade information.

CLEoPATRA-konceptet skulle också stödja PRIME-focus Infrared Microlensing Experiment (PRIME), ett markbaserat teleskop som för närvarande utrustas med en kamera som använder fyra detektorer som utvecklats av det romerska uppdraget. Massuppskattningar för mikrolinsande planeter som upptäckts av både Roman och PRIME kommer att förbättras avsevärt genom samtidiga parallaxobservationer från CLEoPATRA.

"CleoPATRA skulle vara på stort avstånd från det huvudsakliga observatoriet, antingen romersk eller ett teleskop på jorden, " Sa Barry. "Parallaxsignalen borde då tillåta oss att beräkna ganska exakta massor för dessa objekt, och därigenom öka det vetenskapliga utbytet."

Stela Ishitani Silva, en forskningsassistent på Goddard och Ph.D. student vid Catholic University of America i Washington, nämnda förståelse för dessa fritt flytande planeter kommer att hjälpa till att fylla i några av luckorna i vår kunskap om hur planeter bildas.

"Vi vill hitta flera fritt flytande planeter och försöka få information om deras massor, så att vi kan förstå vad som är vanligt eller inte alls, " Sa Ishitani Silva. "Att erhålla massan är viktigt för att förstå deras planetära utveckling."

För att effektivt hitta dessa planeter, CLEoPATRA, som avslutade en Mission Planning Laboratory-studie vid Wallops Flight Facility i början av augusti, kommer att använda artificiell intelligens. Dr Greg Olmschenk, en postdoktor som arbetar med Barry, har utvecklat en AI som heter RApid Machine learnEd Triage (RAMjET) för uppdraget.

"Jag arbetar med vissa typer av artificiell intelligens som kallas neurala nätverk, " Olmschenk sa. "Det är en typ av artificiell intelligens som kommer att lära sig genom exempel. Så, du ger den ett gäng exempel på det du vill hitta, och det du vill att det ska filtrera bort, och sedan kommer den att lära sig hur man känner igen mönster i den datan för att försöka hitta de saker du vill behålla och de saker du vill slänga."

Så småningom, AI:n lär sig vad den behöver för att identifiera och skickar bara tillbaka viktig information. När du filtrerar denna information, RAMjET kommer att hjälpa CLEoPATRA att övervinna en extremt begränsad dataöverföringshastighet. CLEoPATRA kommer att behöva titta på miljontals stjärnor varje timme eller så, och det finns inget sätt att skicka all den data till jorden. Därför, rymdfarkosten måste analysera data ombord och skicka tillbaka endast mätningarna för källor som den upptäcker vara mikrolinsningshändelser.

"CLEoPATRA kommer att tillåta oss att uppskatta många högprecisionsmassor för nya planeter som upptäckts av Roman och PRIME, " Sa Barry. "Och det kan tillåta oss att fånga eller uppskatta den faktiska massan av en fritt flytande planet för första gången - aldrig gjort tidigare. Så cool, och så spännande. Verkligen, det är en ny guldålder för astronomi just nu, och jag är bara väldigt exalterad över det."