Квантовая физика может помочь искать землеподобные экзопланеты
Исследователи предложили способ искать экзопланеты, которые теряются в ярком свете своих звезд. Обычный детектор в таких случаях видит почти один источник света: планета слишком тусклая, и ее сигнал сливается со звездным. Авторы предлагают анализировать фотоны подробнее — учитывать не только их яркость, но и квантовые свойства, например форму волны. Затем алгоритм должен восстановить, сколько объектов находится рядом со звездой и где они расположены. Работу подготовили Хенсу Чхве из Университета Ханян в Южной Корее и его коллеги. Препринт опубликован на arXiv.
Снять землеподобную планету рядом с другой звездой крайне трудно. Ее сигнал может быть слабее света звезды в сотни миллионов раз, а в некоторых случаях — в миллиарды. Если планета находится слишком близко к звезде на небе, их свет сливается в одно пятно. Обычный детектор регистрирует отдельные фотоны, но не всегда может определить, пришли они от звезды или от планеты.
Экзопланеты: какие бывают, как их открыли и есть ли среди них пригодные для жизни
В квантовой механике фотоны несут гораздо больше информации, чем просто уровень энергии, или яркость. Например, у электромагнитной волны есть форма. Если сортировать фотоны по этой форме до попадания на детектор, можно сохранить часть информации, которую обычная камера теряет — этот подход называют пространственно-модовым измерением.
Для обработки сигнала исследователи создали алгоритм с самонастройкой. Он по ходу работы оценивает, сколько объектов находится рядом со звездой, и подстраивает сортировку фотонов. Число объектов не задают вручную: его выбирает статистический критерий.
Метод проверили на компьютерной модели системы с одной звездой и двумя планетами. Одна планета была в десять тысяч раз тусклее звезды, другая — в сто миллионов раз. Обе находились так близко к звезде, что обычная оптика не смогла бы разделить их свет.
В серии компьютерных симуляций алгоритм в 72,5% случаев правильно определял, что в системе есть три объекта: звезда и две планеты. Если число объектов было найдено верно, программа определяла положение планет с точностью до одного пикселя. Яркость самой тусклой планеты она оценивала с ошибкой не больше чем в два раза в 99,7% случаев.
Затем авторы усложнили задачу и добавили ошибку наведения виртуального телескопа. После этого доля успешных определений снизилась до 71,3%. В реальных наблюдениях помех больше, поэтому метод еще нужно проверять на более сложных моделях и оборудовании.
Пока это только компьютерная симуляция. Следующий шаг — понять, можно ли создать приборы для квантового анализа света и использовать их для поиска планет, которые в сотни миллионов раз тусклее своих звезд.
На обложке генерация ProКосмос
Самое популярное
