Не выходя из стен университета, два докторанта из Сиднея помогли восстановить остроту зрения мощнейшей в мире космической обсерватории. Луи Десуадт, ныне постдокторант в Лейденском университете в Нидерландах, и его коллега Макс Чарльз отметили свое достижение, нанеся татуировки космического аппарата, который они «отремонтировали», на свои руки – это стало постоянным напоминанием об их вкладе в космическую науку.
Исследователи из Сиднейского университета разработали инновационное программное решение, которое устранило размытость изображений, полученных многомиллиардным космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) НАСА. Их прорыв восстановил полную точность одного из ключевых инструментов телескопа, достигнув того, что раньше потребовало бы дорогостоящей миссии по ремонту с участием астронавтов.
Этот успех основан на единственном австралийском компоненте JWST – интерферометре с апертурной маской (AMI). Созданный профессором Питером Татхиллом из Школы физики Сиднейского университета и Сиднейского института астрономии, AMI позволяет астрономам получать сверхвысокоразрешенные изображения звезд и экзопланет. Он работает, комбинируя свет от различных секций главного зеркала телескопа – процесс, известный как интерферометрия. Когда JWST начал свою научную деятельность, исследователи заметили, что на производительность AMI влияют слабые электронные искажения в его детекторе инфракрасной камеры. Эти искажения вызывали едва заметную нечеткость изображения, напоминающую хорошо известный ранний оптический дефект космического телескопа Hubble, который пришлось исправлять с помощью выходов астронавтов в открытый космос.
Вместо попыток физического ремонта, докторанты Луи Десуадт и Макс Чарльз, работая с профессором Татхиллом и доцентом Беном Поупом (из Университета Маккуори), разработали чисто программную методику калибровки для устранения искажений с Земли. Их система, названная AMIGO (Aperture Masking Interferometry Generative Observations), использует передовые симуляции и нейронные сети для воспроизведения того, как оптика и электроника телескопа функционируют в космосе. Выявив проблему, при которой электрический заряд слегка распространяется на соседние пиксели – явление, называемое «эффектом ярче-толще» (brighter-fatter effect), – команда разработала алгоритмы, которые цифровым образом корректировали изображения, полностью восстанавливая производительность AMI.
«Вместо того чтобы отправлять астронавтов для установки новых деталей, им удалось все исправить с помощью кода», – отметил профессор Татхилл. «Это блестящий пример того, как австралийские инновации могут оказать глобальное влияние на космическую науку».
Результаты оказались поразительными. Благодаря использованию AMIGO, космический телескоп Джеймса Уэбба предоставил свои самые четкие изображения, запечатлев слабые небесные объекты с беспрецедентной детализацией. Это включает прямые изображения тусклой экзопланеты и красно-коричневого карлика, вращающихся вокруг близлежащей звезды HD 206893, примерно в 133 световых годах от Земли.
Связанное исследование, возглавляемое Максом Чарльзом, дополнительно продемонстрировало обновленную точность AMI. Используя улучшенную калибровку, телескоп получил четкие изображения струи черной дыры, огненной поверхности спутника Юпитера Ио и пылевого звездного ветра WR 137 – это показывает, что JWST теперь может исследовать космос глубже и четче, чем раньше.
«Эта работа делает изображение JWST еще более четким», – сказал доктор Десуадт. «Невероятно приятно видеть, как программное решение расширяет научные возможности телескопа – и знать, что это было возможно, не покидая лаборатории».
Выдержки из исследований были опубликованы на препринт-сервере arXiv. Статья доктора Десуадта прошла рецензирование и вскоре будет опубликована в Publications of the Astronomical Society of Australia. Ассоциированный профессор Бенджамин Поуп, который представил эти выводы на SXSW Sydney, заявил, что исследовательская группа стремится как можно скорее передать новый код в руки других ученых, работающих с JWST.
