Астрономы разработали новый вычислительный метод, который позволяет обнаруживать экзопланеты, ранее скрытые ярким светом их родительских звезд. Технология уже помогла найти планету на существующих снимках космического телескопа James Webb (JWST).
Главной проблемой прямого получения изображений экзопланет является ослепляющий блеск звезд. Даже самые современные инструменты с трудом отделяют слабый свет далекой планеты от сияния звезды. Новый метод, получивший название Physics-based Learning for Imaging Planets (FLIP), решает эту задачу не за счет улучшения «железа», а с помощью продвинутых вычислений.
Цифровой двойник телескопа
В основе FLIP лежит создание «цифрового двойника» — виртуальной копии инфракрасной камеры NIRCam телескопа James Webb. Эта модель позволяет ученым имитировать поведение прибора и выявлять мельчайшие несовершенства в оптической системе, которые создают помехи при наблюдениях.
Используя методы машинного обучения и физические законы оптики, алгоритм анализирует миллионы переменных и корректирует искажения. В результате исследователи могут с высокой точностью смоделировать, как выглядит свет звезды на снимке, и «вычесть» его из изображения. Это делает слабые сигналы от планет заметными. В ходе тестов с известными объектами чувствительность обнаружения выросла в 2–15 раз по сравнению с традиционными подходами.
Новые возможности для архивов
Одной из главных особенностей метода является то, что он работает с уже собранными данными. Это означает, что астрономы могут вернуться к архивам James Webb и переанализировать тысячи снимков, на которых ранее видели только яркие звезды. В этих данных могут быть скрыты миры, которые ранее считались недоступными для прямого наблюдения.
По словам соавтора исследования Кэти Боуман из Caltech, вычисления помогают преодолеть физические ограничения самого телескопа. Даже стабильность оптики на нанометровом уровне, которой обладает JWST, иногда оказывается недостаточной, и математическая коррекция после съемки становится единственным способом увидеть планету.
Будущее поиска «второй Земли»
Разработчики планируют адаптировать FLIP для других инструментов, включая недавно запущенный телескоп Nancy Grace Roman и наземные обсерватории. В долгосрочной перспективе эта технология может стать ключевой для миссии Habitable Worlds Observatory (HWO), цель которой — поиск обитаемых планет у звезд, похожих на Солнце.
Поиск таких миров особенно сложен, так как планета земного типа может быть в 10 миллиардов раз тусклее своей звезды. Применение метода FLIP позволит инженерам создавать будущие телескопы с большей гибкостью, перенося часть нагрузки с аппаратного обеспечения на программную обработку данных.
