Астрономы нашли на снимке космического телескопа «Джеймс Уэбб» планету, которую прежняя обработка оставила за светом её звезды. Это не открытие нового мира: планета 51 Эридана b была известна раньше. Новая программа помогла увидеть её там, где обычные способы обработки не справились.[1][2]
Исследователи испытали метод на наблюдениях трёх звёздных систем. По сравнению со стандартными приёмами чувствительность в этих данных оказалась выше в 2–15 раз, говорится в статье в журнале Nature. Речь идёт не о замене зеркала телескопа, а о более точном удалении звёздных бликов уже после наблюдения.[1][3]
Почему звезда мешает увидеть планету
Сфотографировать далёкую планету трудно не только из-за расстояния. Рядом с ней находится звезда, которая светит гораздо ярче. По оценке авторов работы, даже самые яркие молодые планеты-гиганты в ближнем инфракрасном диапазоне примерно в сто тысяч раз слабее своих звёзд.[1]
Сначала коронограф заслоняет звезду — примерно так Луна закрывает Солнце во время затмения. Слабый свет планеты остаётся снаружи. Но часть звёздного света всё равно проходит и оставляет на снимке блики. Они могут скрыть планету, как свет прожектора скрывает маленький огонёк рядом.[2][3]
Обычно исследователи стараются оценить этот рисунок с помощью других снимков и затем вычесть его. Подход работает, но возникает тонкость: телескоп не остаётся совершенно неизменным между наблюдениями. Небольшие сдвиги, колебания температуры и деформация зеркала меняют вид бликов. Поэтому образец, снятый в другое время, не всегда точно совпадает с тем, что нужно удалить.[1][3]
Виртуальный телескоп вместо готового шаблона
Команда под руководством Родриго Феррера-Чавеса из Северо-Западного университета предложила другой способ. Программа FLIP строит физическую модель того, как свет проходит через оптику телескопа, и подгоняет её под реальные наблюдения. Затем рассчитанный свет звезды можно вычесть из изображения.[1][2]
Авторы использовали математический метод автоматического дифференцирования, чтобы настраивать миллионы параметров модели. Это позволяет учитывать и несовершенства прибора, а не считать оптику идеальной. Такой подход применили к данным коронографа камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam на «Уэббе».[1]
Удобно думать о программе как о виртуальном двойнике прибора, но она не показывает то, чего телескоп не записал. Её задача — точнее разобраться с уже полученным сигналом и отделить вероятный свет планеты от света звезды. Поэтому качество исходных наблюдений и проверка результата по-прежнему важны.[1]
Знакомая планета на новой длине волны
Так появилась на снимке 51 Эридана b. Её открыли раньше, но в этих данных «Уэбба» обычная обработка оставляла планету невидимой. Теперь исследователи впервые получили её изображение на длине волны 4,3 микрометра. Этот диапазон интересен астрономам: здесь находится полоса поглощения углекислого газа.[1][2]
Планета — гигант. Новый снимок может помочь узнать о ней больше, но сам по себе он не доказывает наличие жизни и не делает этот мир похожим на Землю.[1]
Показатель улучшения тоже не стоит переносить на каждый космический снимок. Авторы сравнивали конкретные наблюдения и методы обработки; диапазон от двух до пятнадцати раз описывает результаты их проверки, а не гарантированное улучшение для любого телескопа и любой планеты.[1][3]
Что будет дальше
Подобные расчёты могут пригодиться не только «Уэббу». Авторы рассматривают применение метода к другим действующим и будущим обсерваториям, включая телескоп Nancy Grace Roman и проект Habitable Worlds Observatory.[1]
До снимков планет размером с Землю задача остаётся сложной: будущим приборам потребуется очень стабильная оптика. Более точная обработка может ослабить часть технических требований, но не отменяет их. Для астрономов ценность нынешней работы в другом: пример показывает, что знакомые архивные данные ещё способны дать новую информацию, если аккуратнее отделить свет звезды от того, что находится рядом.[1][3]