Даже у самых мощных телескопов есть слепые зоны. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) способен заглядывать на миллиарды лет в прошлое, но сфотографировать планету у соседней звезды ему мешает ослепительный свет самой звезды - её сияние заглушает слабое свечение планеты.

Группа астрофизиков под руководством Северо-Западного университета (США) разработала вычислительный метод, который позволяет "вычесть" это сияние и увидеть скрытые миры. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Новый метод, получивший название Physics-based Learning for Imaging Planets (FLIP, "обучение на основе физики для съёмки планет"), создаёт "цифрового двойника" телескопа - виртуальную копию, которая моделирует, как звёздный свет проходит через зеркала и достигает детекторов. Затем исследователи подбирают миллионы параметров этой модели, чтобы она как можно точнее совпала с реальным снимком, и вычитают смоделированное сияние из изображения.

"Планеты в миллион раз тусклее своих звёзд, - пояснил руководитель работы Родриго Феррер-Чавес из Северо-Западного университета. - Чтобы сфотографировать экзопланету, нужно убрать это сияние. Это очень сложная задача, потому что даже мельчайшие изменения в телескопе влияют на картину света. Сдвиги или наклоны размером всего в несколько нанометров меняют узор". По его словам, метод учитывает эти крошечные изменения и позволяет удалять сияние гораздо точнее.

Традиционно астрономы борются с засветкой иначе: снимают другую звезду, используют её как эталон и вычитают из исходного изображения. Но телескоп не может оставаться идеально неподвижным: тепловые колебания и вибрации моторов охлаждающих устройств меняют картину рассеянного света, поэтому эталон никогда не совпадает с реальным снимком идеально.

Чтобы проверить FLIP, учёные заново обработали архивные наблюдения JWST трёх звёзд: HIP 65426 и 51 Eridani, у которых известны планеты, а также TYC 5899, где планет пока не нашли. Во всех случаях новый метод работал лучше стандартных алгоритмов, повышая чувствительность к слабым планетам в 2-15 раз.

Главный результат: в данных двухлетней давности удалось разглядеть гигантскую планету 51 Eridani b. Её атмосфера содержит углекислый газ, который поглощает инфракрасный свет на той длине волны, где наблюдает JWST, из-за чего сигнал планеты становится ещё слабее. Обычная обработка не могла отличить планету от остаточной засветки, а FLIP - смог.

"Мы показали, что действительно можем восстановить планету, которую раньше не видели, - отметил соавтор работы Джейсон Ванг. - Это реальные данные в реальной ситуации. Наука оставалась на столе, потому что у нас не было нужных инструментов, чтобы проанализировать данные оптимальным образом".

Авторы подчёркивают: пока речь идёт об уже известной планете, которую удалось увидеть в новом качестве. Но метод может помочь находить более мелкие, холодные и тусклые планеты, не меняя сами телескопы. В перспективе подобные алгоритмы пригодятся для будущих миссий вроде предложенной NASA обсерватории Habitable Worlds Observatory, которая должна фотографировать похожие на Землю планеты у далёких солнцеподобных звёзд.

"Мы не знаем планет у других звёзд, похожих на планеты нашей Солнечной системы, - говорит Феррер-Чавес. - Не потому, что их нет, а потому, что мы их не видим. Каждый раз, улучшая методы, мы открываем новые типы планет".

Источник: Phys.org