Nawet najbardziej zaawansowane teleskopy mają swoje ograniczenia. Jednym z największych problemów w bezpośrednim fotografowaniu planet pozasłonecznych jest ogromna różnica jasności między gwiazdą a krążącymi wokół niej obiektami. Gwiazda może świecić milion razy intensywniej niż planeta, przez co jej światło skutecznie przesłania znacznie słabszy sygnał pochodzący od potencjalnego świata pokroju Ziemi, Merkurego czy Saturna.
Z tym problemem postanowił zmierzyć się zespół naukowców z Northwestern University. Badacze opracowali technikę o nazwie FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets), która pozwala znacznie precyzyjniej usuwać niepożądany blask gwiazd z obserwacji wykonywanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dotychczas astronomowie wykorzystywali między innymi koronografy, czyli specjalne instrumenty blokujące bezpośrednie światło gwiazdy. To jednak nie rozwiązuje całkowicie problemu. Część promieniowania nadal przedostaje się do detektorów, tworząc poświatę, która może ukrywać znajdujące się w pobliżu planety.
Czytaj też: Astronomowie wykryli gwiazdę, która świeci na zielono. To pierwsza taka detekcja w historii
Tradycyjna metoda polegała na obserwowaniu innej gwiazdy i wykorzystywaniu jej obrazu jako wzorca do odjęcia niepożądanego światła. Rozwiązanie ma jednak słaby punkt: teleskop nigdy nie pozostaje idealnie nieruchomy. Nawet minimalne zmiany temperatury, drgania czy przesunięcia elementów optycznych mogą zmienić sposób rozpraszania światła. W efekcie obraz referencyjny nie zawsze odpowiada rzeczywistym zakłóceniom.
Nowa metoda działa inaczej. FLIP tworzy cyfrowego bliźniaka teleskopu, czyli komputerowy model symulujący sposób, w jaki światło przechodzi przez jego zwierciadła i dociera do detektorów. Naukowcy dostrajają miliony parametrów modelu, uwzględniając nawet bardzo niewielkie niedoskonałości instrumentu. Następnie symulowany obraz niepożądanego światła można “odjąć” od rzeczywistych danych obserwacyjnych. Co ciekawe, taka metoda nie polega na wykorzystaniu AI do rozpoznawania planet. Jej podstawą pozostaje fizyczny model działania teleskopu.
Skuteczność takiego rozwiązania można było sprawdzić na archiwalnych obserwacjach JWST. Zespół przeanalizował dane dotyczące kilku gwiazd, w tym HIP 65426, 51 Eridani oraz TYC 5899. Rezultaty okazały się obiecujące: czułość wykrywania słabych planet wzrosła od dwóch do nawet piętnastu razy w porównaniu z konwencjonalnymi metodami przetwarzania obrazów.
Jednym z najważniejszych rezultatów było ponowne wykrycie egzoplanety 51 Eridani b w danych, w których wcześniej nie można było jej wyraźnie odróżnić od pozostałości blasku gwiazdy. Obiekt ten był już znany astronomom dzięki obserwacjom prowadzonym z powierzchni Ziemi. Nowa analiza pozwoliła jednak odzyskać jego sygnał w archiwalnych danych teleskopu Webba.
Czytaj też: Tajemnicza planetoida zaczęła przyspieszać. Ma napęd, którego nie potrafimy dostrzec
Na uwagę zasługuje fakt, że obserwacje miały miejsce w podczerwieni, przy długości fali 4,3 mikrometra. W tym zakresie dwutlenek węgla silnie pochłania promieniowanie, przez co sygnał planety staje się jeszcze trudniejszy do wykrycia. Jednocześnie właśnie takie pomiary mogą dostarczyć cennych informacji o składzie atmosfer egzoplanet.
Dokładniejsze usuwanie światła gwiazd powinno pozwolić astronomom ponownie przeanalizować ogromne zbiory danych, w których być może znajdują się sygnały planet dotąd uznawanych za niewykrywalne. W przyszłości technika FLIP może również pomóc w projektowaniu kolejnych teleskopów, w tym planowanego przez NASA Habitable Worlds Observatory. Jego zadaniem będzie między innymi bezpośrednie obrazowanie planet podobnych do Ziemi krążących wokół odległych gwiazd.
Źródło: Nature
