Los astrónomos se enfrentan a un enorme desafío técnico al intentar fotografiar planetas que orbitan otras estrellas; la luz brillante de la estrella eclipsa por completo la tenue luz proveniente del planeta. A pesar del uso de "coronógrafos" (coronagraphs) para bloquear la luz estelar, las ligeras variaciones en el apuntamiento del telescopio y su configuración física crean un "ruido" visual que dificulta la capacidad de extraer datos precisos de los planetas circundantes.
Superar el obstáculo de la "función de dispersión de punto"
El problema fundamental reside en un concepto técnico conocido como "función de dispersión de punto" (Point Spread Function - PSF), que es la descripción matemática de cómo el telescopio distorsiona un punto de luz y lo convierte en una imagen borrosa debido a defectos del hardware o imprecisiones en el apuntamiento. Históricamente, los científicos dependían ya fuera de la obtención de imágenes de objetivos conocidos para inferir esta función, o de intentar construir modelos matemáticos complejos del hardware, pero ambos enfoques enfrentaban limitaciones; los modelos tradicionales contienen una enorme cantidad de variables que son difíciles de ajustar con precisión.
Para resolver este dilema, un equipo de investigadores desarrolló un paquete de software innovador llamado FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets). Esta técnica se basa en métodos inspirados en la inteligencia artificial, específicamente la técnica de "descenso de gradiente" (gradient descent) utilizada en el entrenamiento de redes neuronales masivas, para aplicarla al modelo físico del dispositivo NIRCam presente en el telescopio James Webb. FLIP permite ajustar hasta un millón de parámetros (parameter) en el modelo, y este complejo proceso se completa en tan solo media hora utilizando unidades de procesamiento gráfico (GPUs).
Resultados tangibles en la observación de planetas
Las pruebas demostraron la eficacia de la técnica al aplicarla a datos de estrellas que se sabe que tienen planetas a su alrededor, como HIP 65426 y 51 Eridani. FLIP ha logrado resultados técnicos trascendentales, entre ellos:
- Aumentar la relación señal-ruido (SNR) entre 1,5 y 2 veces en algunas observaciones.
- Observar uno de los planetas por primera vez en un rango de longitud de onda que permite la detección de dióxido de carbono.
- Aumentar la sensibilidad de las observaciones de la estrella TYC 5899 en 15 veces, una estrella que se caracteriza por grandes variaciones entre observaciones.
¿Qué cambia en la práctica?
La importancia de este avance no se limita únicamente a mejorar la calidad de las imágenes actuales, sino que también abre nuevos horizontes en la investigación astronómica:
- Descubrimiento de nuevos planetas: Al reducir el nivel de ruido, será posible observar planetas más tenues, como aquellos más antiguos o de menor masa, que antes desaparecían tras el resplandor de las estrellas.
- Diagnóstico del estado del telescopio: El software puede ajustarse para identificar las posiciones donde se producen los mayores cambios en el modelo, lo que podría proporcionar información técnica valiosa sobre el estado físico de los componentes del telescopio y su rendimiento a lo largo del tiempo.