ترفند جدید دانشمندان برای خاموش‌کردن نور ستاره؛ سیاره‌ای پنهان در تصاویر جیمز وب آشکار شد!

گاهی برای کشف یک دنیای تازه در اعماق فضا، نیازی به ساخت تلسکوپ قدرتمندتر نیست؛ کافی است دانشمندان یاد بگیرند اطلاعاتی را که از قبل در تصاویر وجود داشته، بهتر استخراج کنند. این دقیقاً اتفاقی است که در یکی از تازه‌ترین پژوهش‌های مربوط به تلسکوپ فضایی جیمز وب رخ داده است.

گروهی از اخترفیزیک‌دانان با طراحی یک روش پردازش تصویر توانسته‌اند نور خیره‌کننده یک ستاره را با دقت بیشتری حذف کنند و سیاره‌ای را آشکار سازند که در تحلیل‌های قبلی تصاویر جیمز وب از دید پنهان مانده بود.

این دستاورد فقط یک تصویر زیباتر از فضا نیست؛ بلکه می‌تواند توانایی دانشمندان برای شناسایی سیاره‌های کم‌نور، سرد و دوردست را افزایش دهد و راه را برای بررسی دقیق‌تر جو سیاره‌های خارج از منظومه شمسی باز کند.

چرا دیدن سیاره‌ها در کنار ستاره‌ها دشوار است؟

تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های فراخورشیدی یکی از دشوارترین کارها در علم نجوم محسوب می‌شود. دلیل اصلی این دشواری، اختلاف بسیار زیاد روشنایی میان ستاره و سیاره‌ای است که به دور آن می‌چرخد.

ستاره‌ها خودشان نور تولید می‌کنند، اما بیشتر سیاره‌ها نور ستاره میزبان را بازتاب می‌دهند یا مقدار بسیار کمی تابش گرمایی دارند. در نتیجه، نور ستاره ممکن است میلیون‌ها برابر قوی‌تر از نور سیاره اطرافش باشد.

برای درک بهتر این مسئله، تصور کنید بخواهید یک کرم شب‌تاب را در نزدیکی یک نورافکن بسیار قدرتمند ببینید. حتی اگر کرم شب‌تاب وجود داشته باشد، درخشش نورافکن اجازه نمی‌دهد به‌راحتی آن را تشخیص دهید.

تلسکوپ جیمز وب برای مقابله با این مشکل از ابزاری به نام تاج‌نگار یا Coronagraph استفاده می‌کند. این ابزار بخش زیادی از نور مستقیم ستاره را مسدود می‌کند تا اجرام کم‌نور اطراف آن بهتر دیده شوند.

با این حال، مسدودکردن نور ستاره به‌طور کامل امکان‌پذیر نیست. لرزش‌های بسیار کوچک تلسکوپ، تغییرات نوری و نقص‌های جزئی در سامانه اپتیکی می‌توانند باعث باقی‌ماندن نور مزاحم در تصویر شوند. همین نور باقی‌مانده گاهی سیگنال ضعیف یک سیاره را پنهان می‌کند.

فناوری FLIP چگونه نور مزاحم را حذف می‌کند؟

روش جدید دانشمندان FLIP نام دارد که مخفف عبارت Physics-based Learning for Imaging Planets است. این فناوری با استفاده از مدل‌سازی فیزیکی و روش‌های محاسباتی پیشرفته، تلاش می‌کند شکل دقیق نور مزاحم ستاره را بازسازی کند.

پژوهشگران به‌جای اینکه صرفاً نور ستاره را با یک تصویر مرجع مقایسه و حذف کنند، یک نسخه دیجیتالی از رفتار نوری تلسکوپ ساختند. این مدل رایانه‌ای می‌تواند نحوه عبور نور از اجزای تلسکوپ و تأثیر نقص‌ها و تغییرات بسیار کوچک آن را شبیه‌سازی کند.

سپس الگوریتم با تنظیم میلیون‌ها پارامتر، تلاش می‌کند الگویی را تولید کند که با نور مزاحم ثبت‌شده در تصویر واقعی مطابقت داشته باشد. وقتی مدل به نتیجه مناسبی می‌رسد، نور بازسازی‌شده از تصویر اصلی کم می‌شود و سیگنال‌های ضعیف‌تر باقی می‌مانند.

نکته جالب این است که با وجود استفاده از روش‌های محاسباتی مشابه برخی فناوری‌های یادگیری ماشین، پژوهشگران تأکید کرده‌اند که FLIP یک ابزار هوش مصنوعی برای تشخیص خودکار سیاره‌ها نیست. اساس کار آن بر قوانین فیزیک و مدل‌سازی دقیق رفتار نور در تلسکوپ است.

آزمایش‌ها نشان دادند که این روش در مقایسه با تکنیک‌های متداول، حساسیت شناسایی اجرام کم‌نور را حدود ۲ تا ۱۵ برابر افزایش می‌دهد؛ البته میزان بهبود به شرایط رصد و موقعیت سیاره نسبت به ستاره بستگی دارد.

سیاره‌ای که در تصاویر قبلی جیمز وب دیده نمی‌شد

مهم‌ترین نتیجه این پژوهش، آشکارسازی سیاره‌ای با نام 51 Eridani b بود. این سیاره یک غول گازی فراخورشیدی است که در فاصله حدود ۹۷ سال نوری از زمین قرار دارد.

این دنیا پیش‌تر با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی کشف شده بود؛ بنابراین دانشمندان برای نخستین بار وجود آن را اعلام نکرده‌اند. اتفاق تازه این است که سیگنال آن در داده‌های تلسکوپ جیمز وب، در شرایطی که روش‌های پردازش معمول قادر به تشخیصش نبودند، بازیابی شده است.

تیم تحقیقاتی داده‌های قدیمی جیمز وب را دوباره بررسی کرد. در یکی از تصاویر ثبت‌شده از سامانه ستاره‌ای 51 Eridani، نور باقی‌مانده ستاره آن‌قدر زیاد بود که سیاره در پردازش استاندارد قابل مشاهده نبود.

اما پس از اجرای الگوریتم FLIP، سیگنال سیاره در محل مورد انتظار ظاهر شد و پژوهشگران توانستند آن را با اطمینان آماری بالایی شناسایی کنند.

اهمیت این نتیجه در آن است که دانشمندان توانستند از داده‌هایی اطلاعات تازه استخراج کنند که قبلاً نیز در اختیارشان قرار داشت؛ بدون اینکه لازم باشد تلسکوپ دوباره همان منطقه از آسمان را رصد کند.

چرا این سیاره برای دانشمندان اهمیت دارد؟

یکی از ویژگی‌های جالب 51 Eridani b این است که در بررسی‌های فروسرخ می‌توان نشانه‌هایی از ترکیبات جو آن را مطالعه کرد.

روش جدید به پژوهشگران اجازه داد سیاره را در طول موج حدود ۴٫۳ میکرومتر بررسی کنند؛ محدوده‌ای که دی‌اکسیدکربن در آن جذب فروسرخ قابل‌توجهی دارد.

این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا بررسی نور جذب‌شده در طول موج‌های مختلف می‌تواند اطلاعاتی درباره ترکیبات شیمیایی جو سیاره‌ها در اختیار اخترشناسان قرار دهد.

البته آشکارسازی سیاره به معنای تکمیل بررسی جو آن نیست. دانشمندان هنوز به داده‌ها و تحلیل‌های بیشتری نیاز دارند تا بتوانند درباره ترکیبات جوی و ویژگی‌های فیزیکی این سیاره نتیجه‌گیری دقیق‌تری انجام دهند.

آیا این روش می‌تواند سیاره‌ای شبیه زمین پیدا کند؟

پژوهشگران امیدوارند FLIP در آینده برای شناسایی دنیاهای کم‌نورتر و کوچک‌تر نیز به کار گرفته شود. یکی از اهداف مهم اخترشناسی مدرن، پیدا کردن سیاره‌هایی است که از نظر اندازه و شرایط فیزیکی به زمین شباهت دارند.

اگر دانشمندان بتوانند نور ستاره‌ها را با دقت بیشتری حذف کنند، احتمال مشاهده سیاره‌هایی که تاکنون در درخشش ستاره میزبان پنهان مانده‌اند افزایش پیدا می‌کند.

این فناوری همچنین ممکن است در نسل بعدی رصدخانه‌های زمینی و فضایی، از جمله پروژه‌های آینده برای تصویربرداری مستقیم از سیاره‌های شبیه زمین، کاربرد داشته باشد.

البته هنوز فاصله زیادی میان این دستاورد و تصویربرداری مستقیم از یک زمین دوم وجود دارد. روش FLIP باید روی داده‌های بیشتری آزمایش شود و هزینه محاسباتی آن نیز کاهش پیدا کند.

نتایج این پژوهش در چهارم نوامبر ۲۰۲۶ در مجله معتبر Nature منتشر شده است. محققانی از دانشگاه نورث‌وسترن و مؤسسات پژوهشی همکار، از جمله پژوهشگرانی از مؤسسه فناوری کالیفرنیا، در این پروژه مشارکت داشته‌اند.

شاید مهم‌ترین پیام این کشف آن باشد که بعضی از رازهای کیهان نه به دلیل ضعف تلسکوپ، بلکه به‌خاطر محدودیت روش‌های تحلیل داده از چشم ما پنهان می‌مانند. حالا دانشمندان نشان داده‌اند که با یک مدل دقیق‌تر از رفتار نور، حتی می‌توان سیاره‌ای را از دل تصاویری بیرون کشید که تصور می‌شد دیگر چیزی برای کشف در آن‌ها باقی نمانده است.