Самая длинная на сегодняшний день съемка экзопланеты
Астрофизик из Северо-Западного университета создал самое длинное покадровое видео экзопланеты на сегодняшний день. На кадрах, построенных на основе реальных данных, видно, как Beta Pictoris b (Бета Живописца b) — планета, масса которой в 12 раз превышает массу Юпитера, — плывет вокруг своей звезды по наклонной орбите. Видео с интервальной съемкой объединяет 17-летние кадры (снятые в период с 2003 по 2020 год) в 10 секунд. В течение этих секунд зрители могут наблюдать, как планета делает около 75% одного полного оборота. «Нам нужны данные еще за шесть лет, прежде чем мы сможем увидеть всю орбиту», — сказал астрофизик с Северо-Запада Джейсон Ван, руководивший работой. «Мы почти у цели. Главное — терпение». Эксперт в области визуализации экзопланет, Ван является доцентом кафедры физики и астрономии в Северо-Западном колледже искусств и наук им. Вайнберга и членом Центра междисциплинарных исследований и исследований в области астрофизики (CIERA). В конце прошлого года Ван представила 12-летнее покадровое видео (ниже) семейства из четырех экзопланет, вращающихся вокруг своей звезды.
Бета Живописца b — огромная планета, расположенная примерно в 63 световых годах от Земли в созвездии Живописца. Расстояние между Beta Pictoris b и его звездой (Beta Pictoris) примерно в 10 раз превышает расстояние между Землей и Солнцем. По сравнению с нашим Солнцем Бета Живописца в 1,75 раза массивнее и в 8,7 раза ярче. Он также очень молод — всего от 20 до 26 миллионов лет. Когда Beta Pictoris b была впервые сфотографирована в 2003 году, ее размер и яркость облегчили ее обнаружение по сравнению с другими экзопланетами. «Оно очень яркое», — сказал Ван. «Вот почему это одна из первых экзопланет, которые когда-либо были обнаружены и сфотографированы напрямую. Она настолько велика, что находится на границе планеты и коричневого карлика, которые массивнее планет». Ван начал отслеживать экзопланету много лет назад, создав свою первую покадровую съемку системы, чтобы показать пять лет ее путешествия. Для обновленной, более длинной версии таймлапса Ван обратился за помощью к Малачи Ноэлю, ученику средней школы Нью-Трир в Виннетке, штат Иллинойс.
Лето 2022 года Ноэль провел в качестве участника программы CIERA Research Experiences in Astronomy at CIERA для старшеклассников (REACH). Затем, как выпускник REACH, Ноэль начал работать под руководством Ванга в январе 2023 года. Ноэль использовал методы обработки изображений, управляемые искусственным интеллектом, для единообразного анализа архивных данных изображений с трех инструментов — одного в обсерватории Джемини и двух в Европейской южной обсерватории. После того, как Ноэль единообразно обработал данные, Ван использовал алгоритмический метод, называемый интерполяцией движения, чтобы заполнить пробелы и создать непрерывное видео. В противном случае экзопланета будет прыгать, а не плавно вращаться в пространстве. «Если бы мы просто объединили изображения, видео выглядело бы действительно дерганым, потому что у нас не было непрерывного просмотра системы каждый день в течение 17 лет», — сказал Ван. «Алгоритм сглаживает это дрожание, поэтому мы можем представить, как выглядела бы планета, если бы мы видели ее каждый день».
«Из-за большого временного диапазона наборы данных были очень разнообразными, что требовало частой адаптации к обработке изображений», — сказал Ноэль. «Мне очень понравилось работать с данными. Хотя еще слишком рано говорить об этом наверняка, астрофизика определенно является моей карьерой, которую я серьезно рассматриваю». Чтобы собрать видео, Ван также использовал технологию, называемую «адаптивной оптикой», для исправления размытия изображения, вызванного атмосферой Земли, и специальные инструменты для подавления бликов центральной звезды системы. (Вот почему видео имеет черный круг, окружающий значок мультяшной звезды в центре.) Даже с помощью этих методов сияние звезды по-прежнему настолько интенсивное, что затмевает экзопланету, когда она подходит слишком близко.
На этих участках Ван пометил экзопланету, на короткое время не наблюдаемую, знаком «x», чтобы зрители могли проследить ее путь. Ван надеется, что его видео с экзопланетами дадут зрителям возможность заглянуть в движение планет и восхититься внутренней работой Вселенной. «В науке мы часто используем абстрактные идеи или математические уравнения, — сказал Ван. «Но что-то вроде фильма, который вы можете увидеть своими глазами, дает интуитивное представление о физике, которое вы не получите, просто глядя на графики». Чтобы собрать видео, Ван использовал данные с камеры Gemini Planet Imager обсерватории Близнецов и инструментов NACO и SPHERE Европейской южной обсерватории.
