Neue Methode enttarnt Riesenplanet in JWST-Altdaten

Ein von Northwestern University geleitetes Astrophysikerteam hat ein neues Auswertungsverfahren entwickelt, das das Blendenstörlicht des James-Webb-Weltraumteleskops deutlich präziser entfernt und dadurch zuvor unsichtbare Exoplaneten sichtbar macht. Das Verfahren namens FLIP kombiniert die physikalische Modellierung des optischen Wegs im Teleskop mit Optimierungsverfahren aus dem maschinellen Lernen, ohne zur eigentlichen Planetenerkennung auf künstliche Intelligenz zurückzugreifen. Es erzeugt ein digitales Abbild des Instruments, das winzige mechanische, thermische oder durch Kühlung verursachte Abweichungen nachbildet und so das Restlicht des Sterns genauer vorhersagt. Wird dieses Modelllicht vom Beobachtungsbild abgezogen, steigt die Nachweisempfindlichkeit für schwache Planetensignale um das Zwei- bis Fünfzehnfache. Der entscheidende Nachweis gelang bei der Neuinterpretation zwei Jahre alter Beobachtungen des Sterns 51 Eridani A mit dem F430M-Filter des James-Webb-Weltraumteleskops. Bei dieser Infrarotwellenlänge absorbiert Kohlendioxid in Planetenatmosphären Licht, weshalb das Signal des Riesenplaneten 51 Eridani b besonders schwach erscheint. Herkömmliche Verfahren zur Subtraktion des Sternenlichts konnten den Planeten nicht von der verbleibenden Blendung trennen. Mit FLIP wurde das Signal an der erwarteten Position mit einer Signifikanz von mehr als fünf Sigma erkannt. Zusätzliche Tests an HIP 65426 und TYC 5899 zeigten, dass die Methode auch dort klassische Bildverarbeitungsansätze übertraf. Die Entwicklung könnte bestehende Observatorienarchive neu erschließen und die Suche nach kleineren, kälteren und schwächer leuchtenden Planeten verbessern, ohne dass neue Teleskope gebaut werden müssen. Zugleich verbessert sie die Analyse von Planetenatmosphären, insbesondere in Infrarotbereichen, in denen Moleküle wie Kohlendioxid charakteristische Absorptionsspuren hinterlassen. Für künftige Missionen wie das geplante Habitable Worlds Observatory könnte FLIP einen alternativen Weg eröffnen, weil nicht ausschließlich extrem stabile Teleskopmechaniken erforderlich wären, um erdähnliche Planeten um sonnenähnliche Sterne zu erkennen; vielmehr ließen sich instrumentelle Mikrofehler rechnerisch korrigieren. An der Studie sind unter anderem der Doktorand Rodrigo Ferrer-Chavez und Jason Wang beteiligt, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an Northwestern University und Koautor der Arbeit. Beide gehören dem Forschungszentrum CIERA an. Die Ergebnisse erscheinen am 4. November in Nature.