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Type: Dissertação
Title: Light curve imaging for exoplanet detection with deep learning: a conceptual trial
Authors: Silva Filho, Paulo Cleber Farias da
Advisor: Freitas, Daniel Brito de
Co-advisor: Reis, Saulo Davi Soares e
Keywords in Brazilian Portuguese : Exoplanetas;Imageamento de curvas de luz;Deep learning;Redes neurais convolucionais
Keywords in English : Exoplanets;Light curve imaging;Deep learning;Convolutional neural networks
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Issue Date: 2024
Citation: SILVA FILHO, P. C. F. Light curve imaging for exoplanet detection with deep learning: a conceptual trial. 2024. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: O número cada vez maior de missões espaciais tornou inviável a busca manual por candidatos a exoplanetas devido ao crescente volume de dados. Consequentemente, a comunidade astrofísica tem empregado extensivamente métodos de aprendizagem automática não só para lidar com a grande quantidade de dados disponíveis, mas também para aumentar a sensibilidade das detecções relativas ao ruído do sinal inerente em casos observacionais relevantes. Este trabalho baseia-se e refina um estudo de revisão anterior, apresentando também um ensaio conceitual para um método alternativo aos discutidos anteriormente na literatura para classificação de potenciais sinais de exoplanetas usando aprendizagem profunda. Desenvolvemos, treinamos e avaliamos modelos de Rede Neural Convolucional (CNN) para analisar curvas de luz da missão espacial Kepler, permitindo inferir se um determinado sinal se refere a um exoplaneta ou não. O diferencial deste trabalho está na geração de imagens dessas curvas de luz antes de serem passadas para as CNNs, o que praticamente aumenta o número de dimensões disponíveis para análise e permite o uso de técnicas poderosas e bem-sucedidas de visão computacional para problemas de classificação. Nosso melhor modelo classifica os sinais plausíveis do planeta acima dos sinais falso-positivos 97,22% das vezes em nosso conjunto de dados de teste e demonstra um desempenho promissor em dados inteiramente novos de outros conjuntos de dados. Nosso melhor modelo também mostra uma capacidade moderada de generalizar o que aprendeu com dados de outras missões espaciais, como K2 e TESS. Um bom desempenho em dados inteiramente novos é uma característica crítica para as próximas missões espaciais, como a PLATO, e é um trabalho em andamento no momento da escrita. Além disso, fornecemos novas perspectivas sobre como este método de imagem pode ser mais explorado e testado em trabalhos futuros.
Abstract: The ever-growing number of space missions has made manual searching for exoplanet candidates infeasible due to the increasing volume of data. Consequently, the astrophysics community has extensively employed machine learning methods not only to handle the sheer amount of available data but also to enhance the sensitivity of detections concerning the signal noise inherent in relevant observational cases. This work builds upon and refines a previous review study, also presenting a conceptual trial for an alternative method to those previously discussed in the literature for classifying potential exoplanet signals using deep learning. We developed, trained, and evaluated Convolutional Neural Network (CNN) models to analyze light curves from the Kepler space mission, allowing inference on whether a given signal refers to an exoplanet or not. The distinction of this work lies in the imaging of these light curves before they are passed to the CNNs, which practically increases the number of dimensions available for analysis and enables the use of powerful and successful computer vision techniques for classification problems. Our best model ranks plausible planet signals higher than false-positive signals 97.22% of the time in our test dataset and demonstrates promising performance on entirely new data from other datasets. Our best model also shows a moderate capacity to generalize what it learned with data from other space missions, such as K2 and TESS. A good performance on entirely new data is a critical characteristic for upcoming space missions such as PLATO, and is work in progress at time of writing. Additionally, we provide new perspectives on how this imaging method can be further explored and tested in future works.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76416
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DFI - Dissertações defendidas na UFC

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