Штучний інтелект допоміг знайти в архіві Джеймс Вебба планету розміром з Юпітер

Група астрономів розробила обчислювальний метод FLIP, який створює цифровий двійник космічного телескопа Джеймс Вебб і моделює проходження світла крізь його оптичну систему. Під час повторного аналізу архівних знімків алгоритм виявив сигнал газової екзопланети 51 Eri­dani b, якої стандартні методи обробки не могли «побачити». Це перше в історії виявлення цієї планети на довжині хвилі 4,3 мкм.

Головна складність прямого спостереження екзопланет полягає в колосальній різниці яскравості між планетою та її зорею. Планета може бути в мільйон разів тьмянішою, і зоряне світло просто «заглушує» її випромінювання. Навіть мікроскопічні зміщення дзеркал або інших елементів оптики — на рівні кількох нанометрів — змінюють характер засвічення і унеможливлюють його точне видалення зі знімка.

Замість того щоб спиратися лише на еталонні знімки зорі, FLIP фізично моделює, як світло відбивається від дзеркал телескопа й потрапляє на детектори. Алгоритм підбирає параметри віртуальної моделі так, щоб вона відтворювала реальні спостереження з усіма найдрібнішими відхиленнями. Після цього розраховану «картину» зоряного засвічення видаляють зі знімка, залишаючи слабкий сигнал планети.

Метод перевірили на архівних даних двох зоряних систем із відомими екзопланетами — HIP 65426 і 51 Eri­dani. FLIP продемонстрував чутливість до слабких планетних сигналів у 2–15 разів вищу, ніж стандартні підходи. Щоб переконатися, що алгоритм не знищує разом із засвіченням і справжнє випромінювання планет, дослідники штучно додавали у вихідні дані тестові сигнали та перевіряли, чи вдається програмі їх відновити.

Найпоказовіший результат отримали в системі 51 Eri­dani. Планету 51 Eri­dani b відкрили ще 2015 року за допомогою наземних телескопів — це молода газова планета, зіставна з Юпітером. Пізніше Джеймс Вебб спостерігав цю систему на довжині хвилі 4,3 мкм, у діапазоні, де вивчають зокрема вуглекислий газ в атмосферах планет. Проте при звичайній обробці сигнал 51 Eri­dani b не проявився. Після застосування FLIP планета стала чітко видна саме там, де її й очікували, а чутливість до її сигналу зросла вчетверо.

Оскільки FLIP працює з уже отриманими знімками, команда планує переглянути весь архів Джеймс Вебба в пошуках екзопланет, які залишилися непоміченими під час первинного аналізу. Метод не прив’язаний до конкретної конструкції телескопа: розробники мають намір адаптувати його для космічної обсерваторії Nan­cy Grace Roman і наземних інструментів.

Серед перспективних напрямів застосування — майбутній проєкт NASA Hab­it­able Worlds Obser­va­to­ry, призначений для прямого спостереження планет земного типу навколо зір, подібних до Сонця. Такі планети можуть бути приблизно в 10 мільярдів разів тьмянішими за свої зорі, тому будь-який прогрес у видаленні зоряного засвічення матиме вирішальне значення.