Астрономи розробили нове програмне забезпечення під назвою FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets), яке значно покращує якість знімків екзопланет, отриманих за допомогою космічного телескопа James Webb (JWST). Цей інструмент дозволяє ефективніше пригнічувати яскраве світло зірок, яке зазвичай перекриває тьмяні планети, що обертаються навколо них.
Головна складність прямого спостереження за екзопланетами полягає в тому, що зірки значно яскравіші за своїх «супутників». Хоча телескопи використовують спеціальні пристрої — коронографи — для блокування зоряного світла, вони не є ідеальними. На якість зображення впливають мікроскопічні коливання в роботі самого телескопа: механічні вібрації, теплові зміни або навіть рух дзеркал на рівні пікометрів, що створює шуми та спотворення.
Ключовим поняттям у цій роботі є «функція розсіювання точки» (point spread function, PSF). Коли телескоп фіксує світло, воно не виглядає як ідеальна точка через недосконалість обладнання та обмеження в точності наведення. Математичне моделювання цієї спотвореної точки дозволяє «очистити» зображення від шумів. Раніше астрономи намагалися вирішити цю проблему, порівнюючи знімки цільової зірки зі знімками інших зірок, але цей метод має обмеження через нестабільність телескопа під час перемикання між об’єктами.
Команда дослідників під керівництвом Родріго Феррера-Чавеса з Північно-Західного університету застосувала підхід, що поєднує фізичне моделювання та методи машинного навчання. FLIP використовує детальну фізичну модель камери NIRCam телескопа JWST, яка включає 106 параметрів. За допомогою методу градієнтного спуску — техніки, що лежить в основі навчання сучасних нейромереж, — програма оптимізує ці параметри, адаптуючись до конкретних умов спостереження.
«Планети в мільйон разів тьмяніші за свої зірки. Наш метод моделює, як світло проходить крізь телескоп, і враховує ці крихітні зміни, дозволяючи нам набагато точніше видаляти відблиски», — пояснив Феррер-Чавес.
Результати виявилися вражаючими. Під час тестування на відомих цілях, таких як HIP 65426 та 51 Eridani, FLIP підвищив співвідношення сигналу до шуму в 1,5–2 рази. Для іншого об’єкта, TYC 5899, чутливість спостережень зросла в 15 разів. Це дозволило вченим вперше виявити одну з планет у даних JWST на довжині хвилі, придатній для пошуку вуглекислого газу.
Автори дослідження, опублікованого в журналі Nature, зазначають, що цей метод дозволяє не лише краще бачити вже відомі планети, а й виявляти тьмяніші та менш масивні об’єкти, які раніше залишалися непоміченими. У майбутньому вдосконалення FLIP може стати важливим кроком для прямого спостереження за екзопланетами, схожими на Землю, за допомогою майбутніх космічних обсерваторій.
Джерела: arstechnica.com, universetoday.com
