Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος είναι το τι κρύβεται στο σκοτάδι γύρω από τα μακρινά αστέρια. Για χρόνια, οι αστρονόμοι προσπαθούσαν να κοιτάξουν πέρα από το τυφλωτικό φως των άστρων για να εντοπίσουν κρυμμένους κόσμους, μια αποστολή που αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολη ακόμη και για το πιο εξελιγμένο όργανο που έχει κατασκευάσει ποτέ ο άνθρωπος: το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb.
Τώρα, χάρη στη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης και της μηχανικής μάθησης, οι επιστήμονες κατάφεραν το φαινομενικά αδύνατο. Ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή μέθοδο που «σβήνει» την εκτυφλωτική αστρική λάμψη, φέρνοντας στο φως έναν μέχρι πρότινος αόρατο γιγάντιο πλανήτη που χανόταν μέσα σε μια θάλασσα φωτός.
Χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση, οι αστρονόμοι ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο ανάλυσης των δεδομένων του τηλεσκοπίου James Webb, ο οποίος επιτρέπει σε μακρινούς πλανήτες να αναδύονται μέσα από τη λάμψη του αστεριού τους.
Όταν πρόκειται για τον εντοπισμό πλανητών που περιφέρονται γύρω από μακρινά αστέρια, το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι συχνά ο διαχωρισμός του σήματος από τον θόρυβο — συγκεκριμένα, η προσπάθεια να διακριθεί ένας πλανήτης από την αστρική λάμψη γύρω του.
Η «παγίδα» του φωτός και οι περιορισμοί των τηλεσκοπίων
Αυτό ισχύει ακόμη και για τα πιο εξελιγμένα τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb (JWST). Τώρα, οι αστρονόμοι ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο για να εντοπίζουν πλανήτες που προηγουμένως «πνίγονταν» σε μια θάλασσα φωτός. Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό μοντελοποίησης και τεχνικών μηχανικής μάθησης, ξεχώρισαν έναν προηγουμένως κρυμμένο γιγάντιο εξωπλανήτη στα δεδομένα του JWST.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στις 4 Νοεμβρίου στο περιοδικό Nature. «Οι πλανήτες είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο αμυδροί από τα αστέρια τους», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Rodrigo Ferrer-Chavez, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Northwestern. «Επομένως, για να απεικονίσουμε εξωπλανήτες, πρέπει να αφαιρέσουμε αυτή τη λάμψη».
Τηλεσκόπια όπως το JWST χρησιμοποιούν όργανα που ονομάζονται κορωνογράφοι για να μπλοκάρουν ένα μέρος αυτού του πλεονάζοντος φωτός, με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που λειτουργούν η Σελήνη και μια κάμερα σκοτεινού θαλάμου (pinhole) κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης Ηλίου.
Ωστόσο, ακόμη και οι καλύτεροι κορωνογράφοι έχουν περιορισμούς — για παράδειγμα, δεν μπορούν να μπλοκάρουν όλη τη λάμψη, ενώ και τα ίδια τα τηλεσκόπια κινούνται. Ακόμη και τα πιο σταθερά τηλεσκόπια δονούνται σχεδόν ανεπαίσθητα καθώς συλλέγουν φως, με αποτέλεσμα οι εικόνες που παράγουν να παρουσιάζουν ανεπαίσθητες αποκλίσεις σε σύγκριση με αυτό που πραγματικά βλέπει το όργανο. Αυτές οι μικρές μετατοπίσεις μπορεί να είναι αρκετές για να κρύψουν ακόμη και πολύ μεγάλους εξωπλανήτες.
Ένα «ψηφιακό δίδυμο» του James Webb με τη μέθοδο FLIP
Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, ο Ferrer-Chavez και η ομάδα του δημιούργησαν ένα «ψηφιακό δίδυμο» του JWST, το οποίο αναπαριστά εικονικά τον τρόπο με τον οποίο το φως ταξιδεύει μέσα από τους ανιχνευτές του τηλεσκοπίου, εξαλείφοντας κάθε ατέλεια που οφείλεται στην κίνηση.
Για να τελειοποιήσουν αυτό το ψηφιακό αντίγραφο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπολογιστικά μοντέλα βασισμένα στη φυσική του πραγματικού κόσμου, σε συνδυασμό με τεχνικές μηχανικής μάθησης παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση της τεχνητής νοημοσύνης.
Ωστόσο, οι συγγραφείς τόνισαν ότι δεν πρόκειται για μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης (AI). «Επειδή γνωρίζουμε ήδη τη φυσική, δεν χρειαζόμαστε την τεχνητή νοημοσύνη για να καταλάβουμε τι συμβαίνει», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο συν-συγγραφέας της μελέτης Jason Wang, επίσης αστροφυσικός στο Northwestern.
Η αποκάλυψη του γιγάντιου εξωπλανήτη 51 Eridani b
Οι ερευνητές ονόμασαν την προσέγγισή τους «Μάθηση βασισμένη στη Φυσική για την Απεικόνιση Πλανητών» ή FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets). Χρησιμοποιώντας το FLIP, η ομάδα ανέλυσε δεδομένα από τρία αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του 51 Eridani, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση περίπου 97 ετών φωτός από τη Γη και για το οποίο υπήρχαν ήδη υποψίες ότι περιφέρεται γύρω του ένας γιγάντιος εξωπλανήτης. Αν και ο πλανήτης, με την ονομασία 51 Eridani b, είχε εντοπιστεί από επίγεια τηλεσκόπια, «πνιγόταν» από το φως σε προηγούμενες παρατηρήσεις του JWST.
Με το FLIP, ωστόσο, ο 51 Eridani b ξεπήδησε μέσα από το σύνολο των δεδομένων. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτή η προσέγγιση θα βοηθήσει τους αστρονόμους να εντοπίσουν ακόμη περισσότερους εξωπλανήτες που είναι δύσκολο να παρατηρηθούν, ειδικά εκείνους που μοιάζουν με τους πλανήτες της δικής μας «γειτονιάς».
Στη σχεδόν 35ετή ιστορία του κυνηγιού εξωπλανητών, η συντριπτική πλειονότητα των πλανητών που έχουμε βρει είναι ριζικά διαφορετικοί από εκείνους του δικού μας ηλιακού συστήματος, εν μέρει επειδή οι μεγαλύτεροι και πιο αντανακλαστικοί κόσμοι εντοπίζονται ευκολότερα με τα σημερινά τηλεσκόπια. «Δεν είναι ότι οι πλανήτες που μοιάζουν με το ηλιακό μας σύστημα δεν υπάρχουν», δήλωσε ο Ferrer-Chavez. «Είναι ότι δεν μπορούμε να τους δούμε».
