ИИ помог JWST увидеть объекты у ярких звёзд

У JWST стало меньше слепых пятен рядом с яркими звёздами. Астрономы обучили систему AMIGO, которая убирает искажения из данных инструмента NIRISS и вытаскивает тусклые объекты там, где телескоп раньше упирался не в размер зеркала, а в капризы собственных сенсоров.

Для прямой съёмки экзопланет это больное место. Звезда легко заливает всё вокруг, а интересные цели сидят почти вплотную к ней по астрономическим меркам. JWST и без того работает в точке Лагранжа L2 в 1,5 млн км от Земли, так что починить железо отвёрткой уже не выйдет. Здесь помог софт, и это редкий случай, когда новая область наблюдений открывается без нового телескопа.

Как AMIGO исправляет ошибки NIRISS

Проблема сидела в режиме AMI у камеры NIRISS. Этот режим использует интерферометрическую маску с несколькими отверстиями и превращает телескоп в набор мини-интерферометров. Метод хорош для работы на малых угловых расстояниях от звезды, но он очень чувствителен к любым перекосам в детекторе. У JWST вылезли два сюрприза: миграция заряда в сенсорах и неточности в параметрах самой маски.

AMIGO не ретуширует готовый кадр. Алгоритм строит цифрового двойника оптики и электроники NIRISS, генерирует синтетическое наблюдение и шаг за шагом подгоняет модель под реальные данные. Внутри работает нейросеть, обученная компенсировать нелинейное перераспределение заряда, плюс автоматическое дифференцирование для точной подстройки параметров. Если перевести с языка астрофизики, системе велели меньше верить красивой картинке и больше проверять, как именно она получилась.

Это полезно ещё и потому, что NIRISS остаётся одним из четырёх основных научных инструментов JWST, а его режим AMI долго жил в странной нише между коронографами NIRCam и MIRI. Света он теряет много, зато умеет лезть ближе к звезде. Теперь эта ставка выглядит куда разумнее.

Какие объекты уже увидел AMIGO

На тестах система вытащила несколько целей, которые раньше были либо плохо видны, либо тонули в засветке:

• субзвёздные объекты HD 206893 B и HD 206893 c рядом с яркой звездой;
• вулканические горячие точки на Ио;
• пылевые структуры у двойных звёзд;
• спиральный джет вещества возле далёкой чёрной дыры.

Особенно показателен случай HD 206893. Алгоритм уверенно нашёл пик сигнала там, где другой инструмент, GRAVITY на Очень Большом телескопе ESO, уже предсказывал положение компаньона. После вычитания его вклада проявился ещё более близкий и слабый объект. Для астрономии это лучший комплимент методу: он не рисует чудеса из шума, а подтверждает то, что независимо ожидали увидеть.

Что AMIGO даёт для прямой съёмки экзопланет

Главная выгода в том, что JWST теперь лучше работает в зоне возле яркой звезды, которую раньше считали почти запретной. Именно там прячутся молодые экзопланеты, коричневые карлики и детали протопланетных дисков. Для спектроскопии атмосфер это особенно ценно: сперва объект надо вообще отделить от света звезды, и только потом обсуждать метан, воду и прочую любимую химию астрофизиков.

У всей истории есть и более приземлённый смысл. Космические обсерватории дорожают и летают десятилетиями, поэтому софт всё чаще заменяет новый кусок железа. AMIGO показывает, что запас по данным JWST ещё далеко не выбран, а часть его ограничений оказалась не физикой Вселенной, а физикой детектора.

Авторы уже подготовили для JWST отдельные схемы съёмки и лимиты по яркости целей под AMIGO.