Os astrônomos enfrentam um enorme desafio técnico ao tentar fotografar planetas que orbitam outras estrelas; a luz brilhante da estrela sobrepõe-se completamente à luz fraca proveniente do planeta. Apesar do uso de "coronógrafos" (coronagraphs) para bloquear a luz estelar, pequenas variações no apontamento do telescópio e na sua configuração física criam um "ruído" visual que dificulta a capacidade de extrair dados precisos dos planetas circundantes.
Superando o obstáculo da "Função de Espalhamento de Ponto"
O problema fundamental reside num conceito técnico conhecido como "Função de Espalhamento de Ponto" (Point Spread Function - PSF), que é a descrição matemática de como o telescópio distorce um ponto de luz e o transforma numa imagem desfocada devido a defeitos no hardware ou imprecisões de apontamento. Historicamente, os cientistas dependiam ou da imagem de alvos conhecidos para inferir esta função, ou da tentativa de construir modelos matemáticos complexos do hardware, mas ambos enfrentaram limitações; os modelos tradicionais contêm um número enorme de variáveis que são difíceis de ajustar com precisão.
Para resolver este dilema, uma equipa de investigadores desenvolveu um pacote de software inovador chamado FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets). Esta técnica baseia-se na inspiração de métodos de inteligência artificial, especificamente a técnica de "descida de gradiente" (gradient descent) utilizada no treino de redes neuronais massivas, para a aplicar ao modelo físico do dispositivo NIRCam presente no telescópio James Webb. O FLIP permite ajustar até um milhão de parâmetros (parameter) no modelo, e este processo complexo é realizado em apenas meia hora utilizando unidades de processamento gráfico (GPUs).
Resultados tangíveis na observação de planetas
Os testes provaram a eficácia da técnica quando aplicada a dados de estrelas conhecidas por terem planetas ao seu redor, como HIP 65426 e 51 Eridani. O FLIP alcançou resultados técnicos marcantes, incluindo:
- Aumento da relação sinal-ruído (SNR) de 1,5 a 2 vezes em algumas observações.
- Observação de um dos planetas pela primeira vez num intervalo de comprimento de onda que permite a deteção de dióxido de carbono.
- Aumento da sensibilidade das observações da estrela TYC 5899 em 15 vezes, uma estrela que se caracteriza por grandes variações entre as observações.
O que muda na prática?
A importância deste desenvolvimento não se limita apenas à melhoria da qualidade das imagens atuais, mas abre novos horizontes na investigação astronómica:
- Descoberta de novos planetas: Ao reduzir o nível de ruído, tornar-se-á possível observar planetas mais ténues, como os mais antigos ou menos massivos, que anteriormente desapareciam sob o brilho das estrelas.
- Diagnóstico do estado do telescópio: O software pode ser ajustado para identificar as posições onde ocorrem as maiores alterações no modelo, o que pode fornecer informações técnicas valiosas sobre o estado físico dos componentes do telescópio e o seu desempenho ao longo do tempo.