Землеподібні планети губляться в сяйві своїх материнських зір, і побачити їх напряму за допомогою наявних інструментів неможливо. Науковці запропонували обхідний шлях, який спирається на властивості окремих частинок світла. Розрахунки свідчать, що так можна розділити два джерела, які для звичайної камери зливаються в одну пляму. Поки що ідею випробували на комп’ютерній моделі.
Межа Релея
Коли два джерела світла розташовані надто близько одне до одного, їхні промені зливаються в єдину розмиту пляму. Найменшу кутову відстань між ними, за якої їх ще вдається розділити, називають межею Релея. Для екзопланети це означає, що її сигнал повністю тоне у випромінюванні материнської зорі, а звичайний детектор фіксує лише сам факт приходу випромінювання і не визначає його походження.
У квантовій оптиці фотон описують значно докладніше. Крім енергії, у ньому закодована форма власної хвилі, й цю характеристику можна виміряти окремо. Якщо розсортувати частинки за формою їхньої хвилі ще до того, як вони потраплять на приймач, стають доступними дані, недосяжні для звичайної камери.
Адаптивне сортування
Першим автором статті став Хьонсу Чхве з Університету Ханьян у Сеулі, а серед співавторів — дослідники з Південної Кореї та США. Свою роботу вони виклали на arXiv, тому висновки ще не пройшли офіційного рецензування. Розрахунки описала Universe Today.
Суть підходу в тому, що набір форм хвилі не фіксований. Розділювач перебудовують просто під час спостереження, щоб з кожної впійманої частинки світла витягти максимум квантової інформації.
Різниця в яскравості між зорею і планетою настільки велика, що звичайна шкала для неї не підходить, тому обчислення ведуть у логарифмічних координатах. Кількість об’єктів у системі алгоритм визначає сам, спираючись на статистику підрахунків і баєсівський інформаційний критерій. Раніше на цьому місці стояло припущення людини про те, скільки планет варто шукати.
Випробування на моделі
Для тестування зібрали віртуальну систему з однієї зорі та двох планет. Одна з них була в десять тисяч разів слабшою за материнське світило, друга — у сто мільйонів разів, і обидві розташовувалися надто близько до нього, щоб їх можна було розділити звичайним способом.
Багаторазові прогони з дещо різними початковими умовами, тобто за методом Монте-Карло, показали, що правильну кількість об’єктів вдалося встановити у 72,5 % випадків. У вдалих спробах положення планет визначалося з точністю до одного пікселя, а яскравість найслабшої з них у 99,7 % таких запусків оцінили з відхиленням від справжнього значення не більш ніж у два рази.
Окремо подивилися, що станеться за похибок налаштування. Юстування модельованого телескопа навмисно порушили, й успішність впала лише до 71,3 %. Реальні інструменти дають набагато більше джерел шуму, тому ефективність методу в справжніх умовах поки що невідома.
Розрив у контрасті
Ключовим показником тут є контраст, тобто те, у скільки разів планета тьмяніша за свою зорю. Попередні квантові схеми працювали за різниці в яскравості приблизно у тисячу разів, тоді як нова методика, за розрахунками, зберігає ефективність навіть за різниці у сто мільйонів разів.
Землеподібна планета біля сонцеподібного світила поступається йому в яскравості приблизно в десять мільярдів разів, тож навіть такий стрибок залишає розрив у два порядки. Саме на цей рівень розраховують майбутню обсерваторію Habitable Worlds Observatory, яку NASA сподівається запустити в 2040-х.
Фізична реалізація подібних схем зазвичай відстає від теорії на роки. Готового приладу, здатного сортувати світлові частинки за модами з такою точністю, поки не існує.
