De la descoperirea primelor exoplanete – acele lumi misterioase care orbitează alte stele – astronomii visează să afle ce se ascunde, de fapt, dincolo de lumina orbitoare a stelelor gazdă. Să fotografiezi direct o exoplanetă sau să analizezi lumina care a trecut prin atmosfera ei reprezintă provocări uriașe, mai ales când steaua din apropiere strălucește de milioane de ori mai puternic decât planeta pe care vrei s-o descoperi.
Telescopul spațial James Webb, cel mai puternic ochi spre Univers al omenirii, este dotat cu instrumente speciale, numite coronografe, care încearcă să blocheze lumina stelelor pentru a scoate la iveală planetele din jurul lor. Cu toate acestea, chiar și cele mai avansate tehnologii nu pot elimina complet zgomotul de fundal – acele interferențe subtile cauzate de mici variații ale poziției sau configurației telescopului în timpul observațiilor. Acest „zgomot” poate ascunde sau deforma imaginile fragile ale exoplanetelor.
Aici intervine o inovație software care promite să schimbe regulile jocului. Cercetătorii au creat un program care optimizează un model fizic al telescopului, astfel încât să poată identifica și corecta acele mici imperfecțiuni care generează zgomot în imagini. Practic, software-ul „învață” cum distorsionează telescopul un punct luminos și ajustează automat parametrii săi pentru a produce imagini cât mai curate.
Un concept-cheie în această poveste este funcția de răspuns la punct (point spread function). Oricât de performant ar fi un telescop, dacă fotografiem o stea îndepărtată, aceasta nu va apărea ca un punct perfect, ci ca o mică pată neclară, din cauza limitărilor optice și a stabilității instrumentului. Funcția de răspuns la punct descrie matematic cât de mult este „întinsă” lumina unui punct de către sistemul optic.
În mod tradițional, astronomii determină această funcție observând ținte cunoscute și calculând, pe baza lor, cum distorsionează telescopul imaginea. Însă această metodă are limite: instrumentele se pot comporta diferit în timp, iar funcția se schimbă în funcție de lungimea de undă a luminii observate. Alternativa ar fi să modelezi totul pe baza detaliilor tehnice ale telescopului, dar aici apar alte probleme – complexitatea uriașă și numărul imens de parametri care trebuie ajustați.
Inspirându-se din progresele recente ale inteligenței artificiale, unde algoritmi speciali pot regla miliarde de parametri printr-o metodă numită „gradient descent” (o tehnică matematică de optimizare), cercetătorii au aplicat această abordare și în cazul telescopului Webb. Astfel, au dezvoltat un proces numit FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets), care folosește un model fizic cu peste o sută de parametri pentru a simula comportamentul camerei NIRCam de pe James Webb și apoi ajustează acești parametri cu ajutorul software-ului, pentru a obține imagini cu zgomot minim.
Rezultatul? O fereastră mai clară către exoplanete, cu imagini mai curate și mai detaliate decât oricând. Acest progres nu doar că aduce astronomii mai aproape de a descoperi dacă există viață pe alte lumi, dar arată și cât de mult poate schimba lumea științei o combinație inspirată între hardware de vârf și software inteligent. Poate că, într-o zi, datorită acestor instrumente, vom privi pentru prima dată suprafața unei planete îndepărtate și ne vom întreba: suntem singuri în Univers?
Sursa: Ars Technica
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply