Max-Planck-Kooperation ermöglicht historisch erste Promotion in Physik und Astronomie an der Kyambogo-Universität
Juma Kamulali ist der erste Doktorand in Astrophysik an der Kyambogo-Universität in Uganda. In Zusammenarbeit mit der Partnergruppe des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) führte er bahnbrechende Forschungsarbeiten durch, in deren Rahmen er ein leistungsstarkes neues Tool für maschinelles Lernen namens MAISTEP vorstellte. Dieses ermöglicht die präzise Bestimmung von Sterneigenschaften anhand grundlegender Beobachtungsdaten. Durch die Anwendung dieser Methode auf Tausende von Muttersternen von Exoplaneten entdeckte Kamulali ein deutlicheres, tieferes „Radius-Tal” zwischen Super-Erden und Sub-Neptunen. Dies liefert neue Erkenntnisse über die Planetenentwicklung und den Atmosphärenverlust.
Weltraummissionen wie Kepler und TESS haben die Zahl der bekannten Exoplaneten-Muttersterne erhöht und ermöglichen somit detailliertere Untersuchungen zur Planetenentstehung und -entwicklung. Allerdings führt die Ableitung von Sternparametern ohne asteroseismische Daten (d. h. Informationen, die in den Schwingungen des Sterns enthalten sind) häufig zu Unsicherheiten. In seiner Doktorarbeit ging Kamulali dieses Problem an, indem er das Tool MAISTEP (Machine-Learning Algorithms for Inferring Stellar Parameters) entwickelte. MAISTEP basiert auf vier baumbasierten Modellen des maschinellen Lernens und kann die Kernparameter von Exoplaneten-Muttersternen mit beispielloser Präzision bestimmen, wobei lediglich drei Grundparameter herangezogen werden: effektive Temperatur, Metallizität und Leuchtkraft. Im Vergleich mit asteroseismischen Daten von Kepler erzielte MAISTEP mittlere Unsicherheiten von nur 2 % beim Radius, 3 % bei der Masse und 18 % beim Alter.
Bei der Anwendung auf 1 255 Exoplaneten-Muttersterne der Hauptreihe aus dem SWEET-Cat-Katalog zeigte MAISTEP ein schärferes und tieferes „Radius-Tal“ – einen auffälligen Mangel an Planeten zwischen 1,9 und 2 Erdradien –, das ausgeprägter ist, als im NASA Exoplanet Archive zuvor verzeichnet war. Die Lage des Tals korreliert mit der Umlaufzeit, der Sternmasse und dem einfallenden Sternfluss. Entscheidend ist, dass es sich zudem im Laufe der Zeit weiterentwickelt. In älteren Systemen wird das Tal flacher und verschiebt sich in Richtung größerer Radien, während das Verhältnis von Super-Erden zu Sub-Neptunen zunimmt. Juma Kamulali nutzte die Altersgenauigkeit von MAISTEP auch zur Untersuchung von Riesenplaneten und stellte fest, dass heiße Jupiter Sterne umkreisen, die im Durchschnitt jünger sind als ihre kalten Jupiter-Pendants. Dies deutet darauf hin, dass Gezeitenwechselwirkungen im Laufe der Zeit einen Verfall der Umlaufbahn bewirken könnten.
Kamulali ist der erste Doktorand der Physik an der Kyambogo-Universität in Uganda seit deren Gründung im Jahr 2003 und der erste, der sich auf Astrophysik spezialisiert hat. Er engagiert sich zudem in Initiativen zur Öffentlichkeitsarbeit, die Schüler der Sekundarstufe dazu ermutigen sollen, MINT-Fächer (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) zu belegen.
