Метод FLIP повысил чувствительность коронографа JWST NIRCam в 2–15 раз; 51 Eridani b найдена на 4,3 мкм
Авторы сообщили о физическом методе вычитания света звезды, проверенном на реальных данных JWST NIRCam. Он снижает зависимость от стабильности опорных снимков.
Астрономы под руководством исследователей Северо-Западного университета разработали FLIP — физический метод вычитания света звезды для прямого получения изображений экзопланет, говорится в статье на nature.com 
nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Метод проверили на наблюдениях коронографа NIRCam космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Авторы сообщают о чувствительности в 2–15 раз выше, чем у стандартных методов, включая первое обнаружение планеты 51 Eridani b на длине волны 4,3 мкм nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. По их сведениям, впервые такой подход заметно повысил чувствительность на реальных коронографических снимках неба nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.
Почему вычитать свет звезды трудно
Даже самые яркие молодые планеты-гиганты примерно в 10^5 раз слабее своих звёзд в ближнем инфракрасном диапазоне nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Коронограф блокирует часть света звезды, но функцию рассеяния точки (PSF) звезды всё равно нужно смоделировать и убрать с изображения nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Стандартные алгоритмы строят эту модель по библиотеке опорных наблюдений, полученных в другое время, на других длинах волн или для других звёзд nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.
Такие эмпирические подходы ограничены нестабильностью. В космических телескопах это в основном ошибки наведения и тепловой дрейф, из-за которых опорная PSF отличается от научной, а чувствительность падает nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Модельное вычитание PSF рассматривали и раньше, но сложность оптических систем затрудняла точное моделирование. С JWST NIRCam оно ни разу не дало чувствительности выше стандартных методов nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.
Как работает FLIP
Сначала FLIP калибрует модель инструмента по опорным снимкам, чтобы она воспроизводила опорную PSF. Затем метод подбирает малые изменения аберраций телескопа, которые лучше объясняют научное изображение nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Метод сочетает многошаговую оптимизацию с гибкой физической моделью nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Автоматическое дифференцирование позволяет оптимизировать миллионы параметров модели, а дифференцируемые модели на GPU делают это вычислительно осуществимым nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.
Авторы указывают, что подход можно распространить на другие наземные и космические обсерватории, включая телескоп Nancy Grace Roman и Habitable Worlds Observatory (HWO) nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. HWO ставит целью получать изображения аналогов Земли у звёзд солнечного типа, то есть контраст яркости 10^10. Для этого нужна стабильность на уровне пикометров, в 100–1000 раз выше, чем у JWST nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Авторы отмечают, что такой подход потенциально способен смягчить эти требования к стабильности nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.
