مهار درخشش ستاره‌ها با یاد‌گیری ماشین؛ دانشمندان حساسیت تلسکوپ جیمز وب را تا ۱۵ برابر ارتقا دادند

دانشمندان روشی نوین برای حذف نور خیره‌کننده ستاره‌ها از تصاویر تلسکوپی ابداع کرده‌اند که در آزمایش‌های انجام‌شده روی داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب، حساسیت تشخیص سیاره‌های فراخورشیدی کم‌نور را تا ۱۵ برابر افزایش داده است.

تیمی از پژوهشگران دانشگاه نورت‌وسترن در این پروژه، مدلی فیزیکی از نحوه عملکرد تلسکوپ را با تکنیک‌های بهینه‌سازی در یاد‌گیری ماشین ترکیب کردند تا نور ناخواسته و مزاحم ستاره‌ها را تفریق و حذف کنند.

تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی همواره چالشی بزرگ به‌شمار می‌رود، زیرا درخشش شدید ستاره‌های میزبان، نور ناچیز سیاره‌های مجاور را کاملاً محو می‌کند. روش‌های کنونی نور بازتابی ستاره را بر اساس الگوهای شبیه‌سازی‌شده یا داده‌های مرجع تفریق می‌کنند، اما حتی کوچک‌ترین تغییرات و ناپایداری‌ها در سیستم نوری تلسکوپ می‌تواند هاله‌ای از درخشش باقی بگذارد که سیاره‌ها را از دید پنهان می‌سازد.

این چارچوب نوین که FLIP نام دارد و مخفف یاد‌گیری مبتنی بر فیزیک برای تصویربرداری از سیاره‌ها است، نحوه عبور پرتوهای نور از ساختار تلسکوپ را شبیه‌سازی می‌کند، خطاهای نوری جزئی را تصحیح می‌نماید و با دقت بالایی درخشش مزاحمی را که باید حذف شود بازسازی می‌کند.

با اعمال این چارچوب بر رصدهای دوربین فروسرخ نزدیک تلسکوپ وب موسوم به NIRCam، فناوری FLIP توانست نخستین تصویر واضح از سیاره غول‌پیکر 51 Eridani b را در طول موج فروسرخ ۴٫۳ میکرومتر ثبت کند؛ جایی که روش‌های پردازش سنتی در نمایش آن ناکام مانده بودند. بر اساس نتایج منتشرشده در مقاله مجله Nature، آزمایش‌ها نشان دادند که این الگوریتم حساسیت رصد را نسبت به تکنیک‌های متداول بین ۲ تا ۱۵ برابر ارتقا داده است.

پژوهشگران در مقاله خود توضیح داده‌اند که تا جایی که ما می‌دانیم، این نخستین بار است که چنین رویکردی حساسیت رصد را در تصاویر کرونوگرافی واقعی آسمان به‌شکل چشمگیری افزایش می‌دهد. چارچوب ما می‌تواند به سایر رصدخانه‌های کنونی و آینده، اعم از تلسکوپ‌های زمینی یا فضایی توسعه یابد و شاید نیاز به پایداری مکانیکی و نوری فوق‌العاده بالایی را که برای موفقیت این مأموریت‌ها ضروری است کاهش دهد.

گام‌های بعدی این پژوهش شامل کاهش بار محاسباتی الگوریتم و توسعه سازوکارهایی برای پردازش حجم بسیار سنگین‌تر داده‌های حاصل از رصدخانه‌های زمینی است.

محققان امیدوارند توسعه و آزمایش‌های بیشتر این روش، بشر را به ثبت تصاویر مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی مشابه زمین نزدیک‌تر کند و موانعی را که به‌دلیل ناپایداری‌های بسیار ظریف تلسکوپ‌ها مانع دیدن این جهان‌ها می‌شوند به حداقل برساند.