Газовий гігант біля далекої зорі вперше вдалося розгледіти на знімках James Webb у діапазоні, на який припадає смуга поглинання вуглекислого газу. Після стандартної обробки тих самих даних планети в цьому діапазоні не було видно. Новий метод побудовано на комп’ютерній моделі оптики самого телескопа, тож засвітку від зорі вдається прибрати точніше, ніж стандартними способами, і на знімках можна побачити слабші планети.
Чому планети не видно
Навіть найяскравіші молоді гіганти в інфрачервоному діапазоні приблизно в 100 тисяч разів тьмяніші за свої материнські зорі. Коронограф, тобто маска, що перекриває диск зорі, затуляє лише частину засвітки, а решту доводиться віднімати під час обробки. Від точності цього кроку залежить, які планети взагалі можна сфотографувати.
Близько двадцяти років для цього знімають схожу зорю без планет і віднімають її зображення від основного, пояснює Джейсон Ван із Північно-Західного університету. Але між двома зйомками стан телескопа змінюється. Наведення збивається, дзеркала деформуються від перепадів температури, а двигуни системи охолодження камери спричиняють вібрацію. Тож засвітка на двох кадрах різна, і після віднімання лишаються нерівності, на тлі яких планети не видно.
Цифровий двійник телескопа
Родріго Феррер-Чавес із Північно-Західного університету та його колеги розробили метод FLIP, тобто навчання на основі фізики для зйомки планет. Замість кадру іншої зорі вони будують комп’ютерну модель оптики James Webb із близько мільйона параметрів. Параметри підбирають, доки змодельована засвітка не збігатиметься з реальною.
Спершу модель налаштовують на опорній зорі, де планет найімовірніше немає. Потім її доналаштовують на кадрі з планетою, тож у ній враховано зміни стану телескопа між двома зйомками. Щоб під час обробки не зник реальний сигнал, на зображення додають штучні планети й зупиняють розрахунок, коли їхній сигнал перестає зростати.
Порівняно зі стандартною обробкою чутливість FLIP до слабких планет у 2–15 разів вища, і завдяки цьому планету 51 Ерідана b вперше вдалося побачити на довжині хвилі 4,3 мікрометра. «Ми показали, що можемо розгледіти планету, яку раніше не вдавалося побачити», — каже Джейсон Ван. Результати опубліковано в рецензованому журналі Nature.
Вуглекислий газ у молодому гіганті
Як пише Space.com, планета 51 Ерідана b приблизно в 11 разів масивніша за Юпітер і розташована за 97 світлових років від нас. Її відкрили 2015 року за допомогою наземних телескопів, а дані James Webb, які переобробила команда, зібрали два роки тому.
Із Землі діапазон 4,3 мікрометра недоступний через земне повітря. За вмістом вуглекислого газу можна оцінити частку важких елементів в атмосфері гіганта. За попередніми вимірами, їх там приблизно вп’ятеро більше, ніж у зорі, і за новим зображенням це можна буде перевірити.
Сотня спостережень в архіві
Найбільшим виграш виявився для зорі TYC 5899, опорні кадри для якої зняли за чотири місяці до основного. Поблизу зорі чутливість зросла приблизно в 15 разів, а подібних спостережень у програмах James Webb понад сотню.
Ці дані відкриті в публічному архіві, тож переобробити їх новим методом може будь-яка група астрономів. Їй не доведеться чекати нового часу на телескопі, на який щороку подають тисячі заявок.
Такий підхід ще важливіший для запропонованої NASA обсерваторії Habitable Worlds Observatory, за допомогою якої планують фотографувати планети земного типу біля зір, подібних до Сонця. Її оптика має бути в 100–1000 разів стабільнішою, ніж у James Webb. Якщо за допомогою моделі вдасться компенсувати частину коливань, вимоги до конструкції можна буде пом’якшити, і автори пропонують перевірити це на телескопі Nancy Grace Roman.
