Astrophysiker der Northwestern University haben eine neue Technik entwickelt, die die Beobachtung von Exoplaneten mit dem James Webb Space Telescope (JWST) deutlich verbessert. Die Methode entfernt störendes Sternenlicht und macht bisher unsichtbare Planeten sichtbar.
Herausforderung: Sternenlicht überstrahlt Planeten
Das JWST ist zwar das leistungsfähigste Weltraumteleskop, hat aber Schwierigkeiten, Planeten in der Nähe heller Sterne abzubilden. Der Grund: Planeten sind etwa eine Million Mal schwächer als ihre Zentralsterne. Selbst große Gasplaneten können 100.000 Mal lichtschwächer sein als ihr Mutterstern.
Bisherige Methoden nutzen Referenzaufnahmen anderer Sterne, um das störende Licht zu subtrahieren. Doch minimale Veränderungen im Teleskop – etwa durch thermische Ausdehnung oder Vibrationen – verändern das Streulichtmuster. Diese Abweichungen im Nanometerbereich machen die Referenzmethode ungenau.
FLIP: Digitale Simulation des Teleskops
Das Team entwickelte die Methode „Physics-based Learning for Imaging Planets“ (FLIP). Dabei wird ein digitales Modell des Teleskops erstellt, das den Lichtweg durch die Optik simuliert. Millionen Parameter werden angepasst, um selbst kleinste Unregelmäßigkeiten zu berücksichtigen.
Die Forscher kombinierten physikalische Modelle des Teleskops mit Optimierungsalgorithmen, die auch im Machine Learning verwendet werden. Im Gegensatz zu KI-Methoden basiert FLIP jedoch vollständig auf bekannten physikalischen Prinzipien.
Getestet wurde die Methode an JWST-Daten der Sterne HIP 65426, 51 Eridani und TYC 5899. FLIP verbesserte die Empfindlichkeit für schwache Planeten um das 2- bis 15-fache. In zweijährigen Beobachtungsdaten wurde der Gasriese 51 Eridani b nachgewiesen, der zuvor im Sternenlicht verborgen war.
Möglichkeiten für künftige Entdeckungen
Die Technik erfordert keine Hardwareänderungen am Teleskop und könnte künftig die Entdeckung kleinerer, kühlerer und lichtschwächerer Exoplaneten ermöglichen. Besonders für die Suche nach erdähnlichen Planeten in habitablen Zonen ist die erhöhte Empfindlichkeit relevant.
Die Studie erscheint am 4. November in der Fachzeitschrift Nature. Beteiligt waren Forscher des Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) der Northwestern University.
- Originalstudie: Northwestern University (erscheint in Nature, 04.11.2023)
- James Webb Space Telescope: NASA