Scienziati australiani hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore per misurare e correggere la distorsione della luce stellare causata dalla visione attraverso l'atmosfera terrestre, che dovrebbe facilitare lo studio della possibilità di vita su pianeti lontani.

Utilizzando l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico, Gli scienziati ottici dell'Università di Sydney hanno sviluppato un sensore in grado di neutralizzare il "scintillio" di una stella causato dalle variazioni di calore nell'atmosfera terrestre. Ciò renderà più facile la scoperta e lo studio di pianeti in sistemi solari distanti dai telescopi ottici sulla Terra.

"Il modo principale per identificare i pianeti in orbita attorno a stelle lontane è misurare regolari cali nella luce delle stelle causati da pianeti che bloccano frammenti del loro sole, " ha detto l'autore principale Dr. Barnaby Norris, che ricopre una posizione congiunta come Research Fellow presso l'Università di Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory e presso il nodo di ottica astronomica australiana dell'Università di Sydney nella School of Physics.

"Questo è davvero difficile da terra, quindi avevamo bisogno di sviluppare un nuovo modo di guardare le stelle. Volevamo anche trovare un modo per osservare direttamente questi pianeti dalla Terra, " Egli ha detto.

L'invenzione del team verrà ora utilizzata in uno dei più grandi telescopi ottici del mondo, il telescopio Subaru da 8,2 metri alle Hawaii, gestito dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone.

"È davvero difficile separare lo 'scintillio' di una stella dai cali di luce causati dai pianeti quando si osserva dalla Terra, " Ha detto il dottor Norris. "La maggior parte delle osservazioni di esopianeti provengono da telescopi orbitanti, come Kepler della NASA. Con la nostra invenzione, speriamo di lanciare una rinascita nell'osservazione degli esopianeti da terra".

La ricerca è pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura .

Nuovi metodi

L'utilizzo del nuovo "sensore fotonico del fronte d'onda" aiuterà gli astronomi a visualizzare direttamente gli esopianeti intorno a stelle lontane dalla Terra.

Negli ultimi due decenni, sono stati rilevati migliaia di pianeti oltre il nostro sistema solare, ma solo una piccola manciata è stata ripresa direttamente dalla Terra. Ciò limita fortemente l'esplorazione scientifica di questi esopianeti.

Fare un'immagine del pianeta fornisce molte più informazioni rispetto ai metodi di rilevamento indiretto, come misurare i cali di luce delle stelle. I pianeti simili alla Terra potrebbero apparire un miliardo di volte più deboli della loro stella ospite. E osservare il pianeta separato dalla sua stella è come guardare una moneta da 10 centesimi tenuta a Sydney, visto da Melbourne.

Risolvere questo problema, il team scientifico della School of Physics ha sviluppato un "sensore fotonico del fronte d'onda", un nuovo modo per misurare l'esatta distorsione causata dall'atmosfera, quindi può essere corretto dai sistemi di ottica adattiva del telescopio migliaia di volte al secondo.

"Questo nuovo sensore unisce dispositivi fotonici avanzati con tecniche di deep learning e reti neurali per ottenere un tipo di sensore del fronte d'onda senza precedenti per grandi telescopi, ' ha detto il dottor Norris.

"A differenza dei tradizionali sensori di fronte d'onda, può essere posizionato nello stesso punto dello strumento ottico in cui si forma l'immagine. Ciò significa che è sensibile a tipi di distorsioni invisibili ad altri sensori di fronte d'onda attualmente utilizzati oggi nei grandi osservatori, " Egli ha detto.

Il professor Olivier Guyon del Subaru Telescope e dell'Università dell'Arizona è uno dei massimi esperti mondiali di ottica adattiva. Ha detto:"Questo è senza dubbio un approccio molto innovativo e molto diverso da tutti i metodi esistenti. Potrebbe potenzialmente risolvere diversi importanti limiti della tecnologia attuale. Stiamo attualmente lavorando in collaborazione con il team dell'Università di Sydney per testare questo concetto alla Subaru in collaborazione con SCExAO, che è uno dei sistemi di ottica adattiva più avanzati al mondo."

Applicazione oltre l'astronomia

Gli scienziati hanno ottenuto questo straordinario risultato basandosi su un nuovo metodo per misurare (e correggere) il fronte d'onda della luce che passa attraverso la turbolenza atmosferica direttamente sul piano focale di uno strumento di imaging. Questo viene fatto utilizzando un convertitore di luce avanzato, conosciuta come lanterna fotonica, collegato a un processo di inferenza della rete neurale.

"Si tratta di un approccio radicalmente diverso rispetto ai metodi esistenti e risolve diversi importanti limiti degli approcci attuali, " ha detto il co-autore Jin (Fiona) Wei, uno studente post-laurea presso il Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory.

Il Direttore del Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory presso la School of Physics dell'Università di Sydney, Professore Associato Sergio Leon-Saval, disse:"Mentre siamo giunti a questo problema per risolvere un problema di astronomia, la tecnica proposta è estremamente rilevante per una vasta gamma di campi. Potrebbe essere applicato nelle comunicazioni ottiche, telerilevamento, imaging in vivo e qualsiasi altro campo che implichi la ricezione o la trasmissione di fronti d'onda precisi attraverso un mezzo turbolento o torbido, come l'acqua, sangue o aria."