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B5. Prática com olhos humanos

Nível básico · semanas 5–6 · cerca de 6 horas

Nesta aula você vai aprender

  • Como participar do Planet Hunters TESS no Zooniverse e o que observar em cada curva de luz.
  • Como rodar o PlanetHunter num planeta conhecido, Pi Men c, e encontrar o sinal dele.
  • Como ler um dossiê do PlanetHunter seção por seção.
  • Como revisar as três histórias reais do setor 69 identificando o teste que resolveu cada uma.

Por que treinar o olho

As aulas anteriores deram as ideias. Esta é de prática. Algoritmos são rápidos e incansáveis, mas o olho humano treinado ainda é muito bom em perceber quando algo "não tem cara" de trânsito: um degrau estranho, uma queda colada numa lacuna, eclipses alternados. Toda decisão final sobre um candidato do PlanetHunter passa por uma pessoa olhando o dossiê. Essa pessoa vai ser você.

Parte 1. Planet Hunters TESS

O Planet Hunters TESS é um projeto de ciência cidadã na plataforma Zooniverse, criado em 2018 por pesquisadores da Universidade de Oxford. Voluntários olham curvas de luz reais do TESS e marcam os trânsitos que veem. Cada curva é vista por várias pessoas, e as marcações combinadas apontam os sinais que merecem atenção dos cientistas.

Não é brincadeira: voluntários desse projeto já tiveram candidatos que viraram planetas. O primeiro foi TOI-813 b, um planeta do tamanho de Saturno com período de cerca de 84 dias, publicado por Eisner e colaboradores em 2020. Períodos longos assim, com poucos trânsitos, são justamente os que os algoritmos têm mais dificuldade de achar.

Como participar

  1. Acesse o projeto: Planet Hunters TESS no Zooniverse. Criar conta é opcional, mas com conta suas classificações ficam registradas e você pode comentar.
  2. Faça o tutorial que aparece na primeira vez. Ele mostra a interface e exemplos.
  3. Abra o guia de campo (Field Guide), na lateral. Ele tem exemplos de trânsitos, binárias, variabilidade e defeitos, com as mesmas categorias da aula B4.
  4. Para cada curva, marque as quedas que parecem trânsitos e confirme. Se não houver nada, confirme sem marcar: "nada aqui" também é uma resposta útil.
  5. Use o fórum Talk para perguntar sobre curvas estranhas. Lá voluntários experientes e cientistas conversam.

Se a interface mudar

Projetos do Zooniverse evoluem e, às vezes, entram em pausa entre lotes de dados. Se o Planet Hunters TESS estiver pausado quando você chegar, explore o guia de campo e os fóruns Talk, que continuam abertos, e volte quando houver dados novos.

O que observar em cada curva

Você vê Provavelmente é Lembra o teste
Quedas iguais, com fundo plano, repetidas em intervalos regulares trânsito de planeta —
Quedas fundas e pontudas (V) binária eclipsante shape
Quedas que alternam: uma funda, uma rasa binária eclipsante odd_even
Uma queda menor exatamente entre duas maiores eclipse secundário de binária secondary
Ondas suaves de vários dias manchas e rotação da estrela detrending
Picos rápidos para cima flares corte de picos
Queda ou rampa colada numa lacuna dos dados borda de órbita (defeito) edges_dumps
Uma única queda, sem repetição monotrânsito, ou defeito n_transits

Meta do plano: classifique pelo menos 200 curvas. Parece muito, mas cada uma leva menos de um minuto depois de pegar o jeito. Lá pela centésima, você vai notar que o olho já separa trânsito, binária e defeito sem pensar.

Dica de estudo

Mantenha um caderno. Anote o número das curvas que te deixaram em dúvida e o que você decidiu. Depois, compare com as discussões no Talk. Esse caderno é o começo do "caderno de revisões" que o plano recomenda para o resto do curso.

Parte 2. Pi Men c no PlanetHunter

Agora você vai rodar a ferramenta num planeta que já sabemos que existe. Isso tem um objetivo: aprender a ler a saída quando a resposta é conhecida, antes de olhar sinais desconhecidos.

Pi Mensae (TIC 261136679) é uma estrela brilhante, parecida com o Sol, no céu do hemisfério sul. Ela tem dois planetas conhecidos:

  • Pi Men b: um gigante com órbita de vários anos, achado por velocidade radial em 2001. Não transita.
  • Pi Men c: uma super-Terra de cerca de 2 R⊕, com período de 6,27 dias e profundidade de cerca de 300 ppm. Foi o primeiro planeta em trânsito anunciado a partir dos dados do TESS, em 2018, e é o TOI-144.01.

A estrela fica perto do polo sul da eclíptica, então foi observada em muitos setores.

Passo a passo

Antes de começar, instale o projeto (uma vez só) e atualize os espelhos dos catálogos. Sem espelhos atualizados, o sistema não consegue dizer se um sinal é conhecido.

uv sync
uv run planethunter mirrors sync
uv run planethunter mirrors status

O mirrors status mostra a idade de cada catálogo. Todos precisam ter menos de 48 horas.

1. Rode a análise ponta a ponta para Pi Mensae.

uv run planethunter run-target 261136679

Esse comando faz tudo para uma estrela só: baixa as curvas de luz do MAST, limpa, procura sinais juntando todos os setores, compara com os catálogos, roda o vetting básico e gera um dossiê para cada sinal forte. Na primeira vez, o download leva alguns minutos. Para algo mais rápido, limite a um setor com --sectors 1.

No fim, ele imprime uma linha run_id=..., uma tabela com uma linha por sinal (do mais forte para o mais fraco) e o caminho de cada dossiê. As colunas:

Coluna O que é O que esperar para Pi Men c
signal_id número do sinal no banco de dados um número inteiro
period_days período em dias perto de 6,27
t0_btjd instante de um trânsito, em BTJD um número com decimais
depth_ppm profundidade perto de 300
duration_hours duração algumas horas
sde, snr força do sinal acima de 9 e de 7,1
n_transits trânsitos com dados vários (muitos setores)
match_class resultado do crossmatch KNOWN_PLANET
matched_name com quem casou o nome de Pi Men c
verdict, score resultado do vetting básico PASS_BASIC, score perto de 1

Se aparecer AVISO: espelhos ausentes ou velhos, rode mirrors sync de novo. Se aparecerem outros sinais fracos, é normal: depois de achar e apagar o sinal mais forte, a busca procura de novo e às vezes acha ruído.

2. Abra o dossiê. As últimas linhas dizem algo como:

dossiê do sinal 1234: data/dossiers/tic261136679_sig1234.html

Abra o arquivo do sinal de ~6,27 dias no navegador. Se quiser gerar de novo mais tarde, use uv run planethunter dossier <signal_id>.

Lendo o dossiê de Pi Men c, seção por seção

Percorra o dossiê de cima para baixo. Para cada seção, a primeira linha diz o que ela mostra; a segunda, o que procurar.

  1. Cabeçalho e pílulas. Severidade, classe do crossmatch, veredito do vetting com o score, e "host conhecido". Para Pi Men c: crossmatch KNOWN_PLANET e host conhecido "sim" (a estrela tem planetas catalogados). A severidade aparece como "—", porque sinais conhecidos não viram candidatos nem alertas. O título diz "Sinal TIC ...": a palavra "Candidato" só aparece para sinais novos que passaram no vetting.
  2. Parâmetros. Tabela com Tmag, temperatura, raio e massa da estrela, setores, período, profundidade ajustada, duração (T14), raio do planeta (Rp), SDE/SNR e número de trânsitos. Confira: o período perto de 6,27 dias, a profundidade perto de 300 ppm e Rp perto de 2 R⊕. Use a regra da aula B2: \(R_p \approx R_\star\sqrt{\delta}\) com o R* da tabela. Bate? Repare também no Tmag: Pi Mensae é muito brilhante (Tmag em torno de 5), o que explica por que um trânsito tão raso é detectável.
  3. Curva de luz. Todo o brilho ao longo do tempo, já limpo. Linhas vermelhas marcam os trânsitos; linhas azuis pontilhadas, os momentum dumps. Procure: os trânsitos em vermelho espalhados pelos setores, sem coincidir sistematicamente com as linhas azuis nem com as bordas das lacunas. Com 300 ppm, você provavelmente não vai enxergar cada trânsito individual a olho, e tudo bem.
  4. Trânsito dobrado. Todos os trânsitos sobrepostos, alinhados pelo período. Pontos cinza são medidas individuais; pontos pretos são médias; a curva vermelha é o modelo ajustado. Procure: um "U" claro nos pontos pretos, com a curva vermelha passando por eles. É aqui que o trânsito invisível na curva completa aparece: somar muitos trânsitos reduz o ruído (aula B2).
  5. Ímpar, par e secundário. Três painéis: trânsitos ímpares, pares e a fase 0,5. Procure: os dois primeiros com a mesma profundidade e o terceiro plano. É o que um planeta faz.
  6. Profundidade por trânsito. Um ponto por trânsito, com a média como linha tracejada. Procure: pontos espalhados ao redor da linha, sem um muito mais fundo que os outros. Num sinal raso como esse, a dispersão entre os pontos é grande: é o ruído de cada trânsito isolado.
  7. Imagem-diferença. Esta seção só aparece quando o vetting aprofundado rodou, e ele só roda para candidatos novos. Para Pi Men c, ela não aparece. Num candidato, o x vermelho (onde a luz sumiu) deve cair em cima da + branca (o alvo).
  8. Tabela de vetting. Um teste por linha, com valor, limite, resultado e nota. Procure: quais passaram e, se algum falhou, leia a nota. Testes do vetting aprofundado podem aparecer como "pendente".
  9. Crossmatch. Classe, número de objetos conhecidos na estrela e vizinhos, com quem o sinal casou, e a idade de cada catálogo no momento da comparação. Procure: casamento com Pi Men c e todos os catálogos com menos de 48 horas.
  10. Próxima ação. Para Pi Men c: "Nenhuma: sinal conhecido ou reprovado no vetting." Para um candidato novo aprovado, aqui aparece a sugestão de vetting aprofundado e submissão como CTOI.

No rodapé, a Proveniência registra o run_id, a versão do pipeline e a janela de detrending usada. É o que permite reproduzir a análise depois.

Na ferramenta

O roteiro completo de uso, com mais comandos, está no manual prático do PlanetHunter. Os dossiês ficam em data/dossiers/. Há dossiês de outros sinais do setor 69 nessa pasta; depois de ler o de Pi Men c, abra dois ou três deles e compare.

Exercício 1

Depois de rodar Pi Men c, responda com os números do seu dossiê:

a) Qual o período e a profundidade encontrados? Quão perto estão de 6,27 dias e 300 ppm?

b) Use o R* do dossiê e a profundidade para calcular Rp. O resultado bate com o Rp que o dossiê mostra?

c) Quantos trânsitos com dados o sistema contou? Por que esse número é bem maior que os 4 trânsitos de um único setor?

Ver resposta

a) O período deve sair muito próximo de 6,27 dias (a diferença costuma estar na terceira ou quarta casa decimal) e a profundidade na casa de algumas centenas de ppm, perto de 300. Diferenças de dezenas de ppm são normais: a profundidade depende do modelo ajustado e da limpeza dos dados.

b) Com R* em torno de 1,1 R☉ e profundidade de 300 ppm: \(\sqrt{0{,}0003} \times 1{,}1 \times 109 \approx 2{,}1\) R⊕. O dossiê calcula exatamente assim (\(R_p = R_\star\sqrt{\delta} \times 109{,}076\)), então deve bater, com diferença só de arredondamento.

c) O run-target junta todos os setores em que a estrela foi observada. Pi Mensae fica perto do polo sul da eclíptica e tem muitos setores de dados, cada um com cerca de 4 trânsitos. Mais trânsitos somados dão um SNR muito maior, e é por isso que um sinal de só 300 ppm sai tão claro no trânsito dobrado.

Parte 3. Revisão das três histórias

Releia a seção "Três histórias reais do setor 69" da aula B4. Para cada história, responda no caderno, com suas palavras, antes de abrir a resposta:

  1. O que o sistema viu?
  2. Por que parecia bom?
  3. Que pista revelou o problema?
  4. Qual teste ou mudança resolveu?

Exercício 2

Preencha a tabela para as três histórias.

Caso O que parecia O que era Teste ou mudança que resolveu
HD 23472 ? ? ?
WASP-18 b ? ? ?
HD 271883 ? ? ?
Ver resposta
Caso O que parecia O que era Teste ou mudança que resolveu
HD 23472 um planeta novo de 10,29 dias um trânsito do planeta b e um do planeta c, juntados num período falso crossmatch trânsito a trânsito: se pelo menos metade das quedas coincide com trânsitos previstos de planetas conhecidos, o sinal é conhecido
WASP-18 b uma binária eclipsante (queda na fase 0,5) um planeta tão quente que a luz dele some quando passa atrás da estrela (ocultação, cerca de 340 ppm) veto do teste secondary só quando o secundário é pelo menos 10 % do principal
HD 271883 o candidato perfeito: 6,61 dias, 4 900 ppm, passou em tudo defeito de um único setor teste other_sectors: o sinal não reapareceu com a força esperada (SNR 45–64) nos setores 67, 68 e 97

Repare no padrão. No primeiro caso, o erro foi do crossmatch (achou "novo" o que era conhecido). No segundo, o vetting era rigoroso demais (reprovou um planeta real). No terceiro, o vetting básico era frouxo demais para esse tipo de defeito e precisou de uma etapa extra. Um sistema confiável tem de errar pouco nas três direções.

Exercício 3

Na curva de luz de um dossiê, você vê três trânsitos marcados em vermelho. Dois deles caem exatamente sobre linhas azuis pontilhadas, e o terceiro cai no fim de um trecho de dados, logo antes de uma lacuna. O trânsito dobrado mostra um "U" bonito. O que você conclui?

Ver resposta

Desconfie fortemente de defeito do telescópio. As linhas azuis pontilhadas são momentum dumps, e o fim de um trecho de dados é uma borda de órbita, onde aparecem rampas. Todas as três quedas coincidem com momentos problemáticos. O "U" bonito no trânsito dobrado não salva o sinal: ele só mostra que as quedas se parecem entre si, não de onde vieram. O teste edges_dumps deve ter falhado; confira na tabela de vetting. O próximo passo seria ver se a estrela tem outros setores e se o sinal aparece neles.

Checklist da aula

  • Fiz o tutorial do Planet Hunters TESS e li o guia de campo.
  • Classifiquei pelo menos 200 curvas de luz no Zooniverse.
  • Rodei uv run planethunter run-target 261136679 e encontrei o sinal de 6,27 dias com classe KNOWN_PLANET.
  • Rodei o vetting e gerei o dossiê de Pi Men c.
  • Achei no dossiê o período, a profundidade e os trânsitos marcados em vermelho.
  • Percorri as dez seções do dossiê sabendo o que procurar em cada uma.
  • Expliquei, com minhas palavras, qual teste resolveu cada uma das três histórias.
  • Fiz os três exercícios sem olhar a resposta.

Para ir além

  • Eisner et al. (2021), "Planet Hunters TESS II: findings from the first two years of TESS", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 501, 4669. O que os voluntários acharam nos primeiros dois anos. Veja as figuras com exemplos de curvas.
  • Eisner et al. (2020), "Planet Hunters TESS I: TOI 813, a subgiant hosting a transiting Saturn-sized planet on an 84 day orbit", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 494, 750. O primeiro planeta do projeto, com a história de como voluntários o encontraram.
  • Huang et al. (2018), "TESS Discovery of a Transiting Super-Earth in the pi Mensae System", The Astrophysical Journal Letters 868, L39. O artigo de Pi Men c. Compare os números do resumo com os do seu dossiê.
  • NASA Exoplanet Archive: procure "pi Men c" e compare período, raio e profundidade com o seu dossiê, como sugere o guia do projeto.