Les chasseurs d'exoplanètes ont trouvé des milliers de planètes, la plupart en orbite près de leurs étoiles hôtes, mais relativement peu de mondes extraterrestres ont été détectés qui flottent librement à travers la galaxie en tant que planètes voyous, n'est lié à aucune étoile. De nombreux astronomes pensent que ces planètes sont plus communes que nous ne le savons, mais que nos techniques de recherche de planètes n'ont pas été à la hauteur de les localiser.

La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour l'ont été parce qu'elles produisent de légers creux dans la lumière observée de leurs étoiles hôtes lorsqu'elles traversent le disque de l'étoile de notre point de vue. Ces événements sont appelés transits.

Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA mènera une enquête pour découvrir de nombreuses autres exoplanètes en utilisant des techniques puissantes disponibles pour un télescope à grand champ. Les étoiles de notre galaxie de la Voie lactée bougent, et les alignements aléatoires peuvent nous aider à trouver des planètes voyous. Lorsqu'une planète flottante s'aligne précisément avec une étoile lointaine, cela peut faire briller l'étoile. Lors de tels événements, la gravité de la planète agit comme une lentille qui grossit brièvement la lumière de l'étoile de fond. Alors que Roman peut trouver des planètes voyous grâce à cette technique, appelé microlentille gravitationnelle, il y a un inconvénient :la distance à la planète lentille est mal connue.

Le scientifique de Goddard, le Dr Richard K. Barry, développe un concept de mission appelé Contemporaneous LEnsing Parallax and Autonomous TRansient Assay (CLEoPATRA) pour exploiter les effets de parallaxe pour calculer ces distances. La parallaxe est le décalage apparent de la position d'un objet au premier plan tel que vu par des observateurs dans des endroits légèrement différents. Notre cerveau exploite les vues légèrement différentes de nos yeux afin que nous puissions également voir la profondeur. Les astronomes du 19ème siècle ont d'abord établi les distances aux étoiles proches en utilisant le même effet, mesurer comment leurs positions se sont déplacées par rapport aux étoiles de fond sur des photographies prises lorsque la Terre était sur les côtés opposés de son orbite.

Cela fonctionne un peu différemment avec la microlentille, où l'alignement apparent de la planète et de l'étoile d'arrière-plan lointain dépend grandement de la position de l'observateur. Dans ce cas, deux observateurs bien séparés, chacun équipé d'une horloge précise, assisterait au même événement de microlentille à des moments légèrement différents. Le délai entre les deux détections permet aux scientifiques de déterminer la distance de la planète.

Pour maximiser l'effet de parallaxe, CLEoPATRA ferait du stop dans une mission à destination de Mars qui se lancerait à peu près en même temps que Roman, actuellement prévu pour fin 2025. Cela le placerait sur sa propre orbite autour du Soleil qui atteindrait une distance suffisante de la Terre pour mesurer efficacement le signal de parallaxe des microlentilles et combler cette information manquante.

Le concept CLEoPATRA soutiendrait également l'expérience de microlentille infrarouge PRIme-focus (PRIME), un télescope au sol actuellement équipé d'une caméra utilisant quatre détecteurs développés par la mission romaine. Les estimations de masse pour les planètes à microlentilles détectées par Roman et PRIME seront considérablement améliorées par les observations de parallaxe simultanées fournies par CLEoPATRA.

"CLEoPATRA serait à grande distance de l'observatoire principal, soit romain, soit un télescope sur Terre, " dit Barry. " Le signal de parallaxe devrait alors nous permettre de calculer des masses assez précises pour ces objets, augmentant ainsi le rendement scientifique.

Stèle Ishitani Silva, un assistant de recherche à Goddard et Ph.D. étudiant à l'Université catholique d'Amérique à Washington, a déclaré que la compréhension de ces planètes flottantes aiderait à combler certaines des lacunes dans notre connaissance de la formation des planètes.

"Nous voulons trouver plusieurs planètes flottantes et essayer d'obtenir des informations sur leurs masses, afin que nous puissions comprendre ce qui est commun ou pas commun du tout, " a déclaré Ishitani Silva. " L'obtention de la masse est importante pour comprendre leur développement planétaire. "

Afin de trouver efficacement ces planètes, CLÉOPATRE, qui a terminé une étude du laboratoire de planification de mission à Wallops Flight Facility au début du mois d'août, utilisera l'intelligence artificielle. Dr Greg Olmschenk, un chercheur postdoctoral travaillant avec Barry, a développé une IA appelée RAPid Machine LearnEd Triage (RAMjET) pour la mission.

"Je travaille avec certains types d'intelligence artificielle appelés réseaux de neurones, " a déclaré Olmschenk. "C'est un type d'intelligence artificielle qui apprendra à travers des exemples. Donc, vous lui donnez un tas d'exemples de ce que vous voulez trouver, et la chose que vous voulez qu'il filtre, et ensuite il apprendra à reconnaître des modèles dans ces données pour essayer de trouver les choses que vous voulez conserver et celles que vous voulez jeter. »

Finalement, l'IA apprend ce qu'elle doit identifier et ne renverra que des informations importantes. En filtrant ces informations, RAMjET aidera CLEoPATRA à surmonter un taux de transmission de données extrêmement limité. CLEoPATRA devra regarder des millions d'étoiles toutes les heures environ, et il n'y a aucun moyen d'envoyer toutes ces données sur Terre. Par conséquent, l'engin spatial devra analyser les données à bord et renvoyer uniquement les mesures des sources qu'il détecte comme étant des événements de microlentille.

"CLEoPATRA va nous permettre d'estimer de nombreuses masses de haute précision pour de nouvelles planètes détectées par Roman et PRIME, " dit Barry. " Et cela nous permettra peut-être de capturer ou d'estimer la masse réelle d'une planète flottant librement pour la première fois, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. Trop cool, et tellement excitant. Vraiment, c'est un nouvel âge d'or pour l'astronomie en ce moment, et je suis juste très excité à ce sujet."