«По мере того как вы проходите через этот итеративный процесс попыток выяснить, что на самом деле делает телескоп во время наблюдений, вы, по сути, видите, как блики звезды исчезают совершенно причудливыми способами», — сказал Джейсон Ван, доцент физики и астрономии в Вайнбергском колледже.
Ведущим автором работы выступил Родриго Феррер-Чавес, астроном из Северо-Западного университета, который начал поиск способов подавления звездного света еще во время обучения в Автономном университете Юкатана в Мексике.
Цифровой двойник и физическое моделирование
В отличие от стандартных методов, FLIP моделирует физическую функцию рассеяния точки (PSF), оптимизируя около миллиона свободных параметров. Этот процесс заимствует математические приемы градиентного спуска, используемые при обучении нейросетей, однако, как подчеркивают исследователи, сама система не является искусственным интеллектом. Ученые используют физические законы, описывающие прохождение света, чтобы настроить модель под конкретные наблюдения.
Для реализации метода требуется графический процессор, такой как NVIDIA A30, на котором выполнение расчетов занимает около 35 минут. Этот показатель служит вычислительным ориентиром, а не гарантированным временем для всех наборов данных. В процессе оптимизации алгоритм проходит через несколько этапов: калибровку на опорной звезде для устранения неточностей модели, а затем точную настройку на целевом объекте, что критически важно для учета индивидуальных условий каждого наблюдения.
Результаты наблюдений и обнаружение 51 Eri b
Исследователи протестировали FLIP на архивных данных JWST для трех объектов: HIP 65426, 51 Эридана и TYC 5899. В случае с 51 Эридана, алгоритм позволил обнаружить гигантскую экзопланету 51 Eri b на длине волны 4,3 микрона, где предыдущие анализы были бессильны из-за близости объекта к ослепительной звезде. Этот диапазон длин волн важен для изучения состава атмосферы, так как позволяет фиксировать поглощение углекислого газа, однако стандартные методы обработки изображений не могли «извлечь» планету из ореола звездного света.
Для звезды TYC 5899, где ранее не было зафиксировано планет, метод повысил чувствительность наблюдений в 15 раз. В целом, FLIP продемонстрировал превосходство над традиционными методами, такими как KLIP, особенно на малых угловых расстояниях от звезд, где чаще всего располагаются планеты, подобные земным. Димитри Мауэт, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA, отметил, что это «значимый результат», даже несмотря на то, что он не участвовал в разработке технологии.
Значение для будущих миссий
Разработчики метода, включая Кэти Буман из Калтеха, подчеркивают, что работа была поддержана рядом институтов, включая Национальный научный фонд и Институт космического телескопа. Успех FLIP открывает новые возможности для будущих миссий, таких как планируемая NASA Обсерватория обитаемых миров (HWO). Цель HWO — поиск планет земного типа у звезд, подобных Солнцу, что требует беспрецедентной стабильности оптики — до пикометрического масштаба.
Феррер-Чавес поясняет, что если программные методы смогут эффективнее справляться с бликами, требования к механической стабильности оборудования могут стать менее жесткими. Ранее Родриго Феррер-Чавес проходил стажировку в рамках программы летних исследований под руководством Ванга, будучи стипендиатом 51 Pegasi b в лаборатории Димитри Мауэта. Сегодня команда надеется, что их «цифровой двойник» поможет астрономам лучше понять процессы формирования планетных систем и определить, насколько типичной является наша собственная Солнечная система.
По теме
