恒星の眩しさを越える：JWSTの「デジタル双子」が系外惑星を暴く
系外惑星の直接撮像ほど難しい観測はない。惑星は母星より百万倍も暗いため、恒星の眩しい光に隠れてしまうのだ。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は近赤外線カメラ（NIRCam）と中赤外線機器（MIRI）に可視化マスク機能を備えており、これまで厳しい条件下での系外惑星観測を実現させてきた。だがこの機器にも限界がある。NatureにこのほどRodrigo Ferrer-Chavezらの研究が掲載され、JWSTの能力を超える条件下でも系外惑星を撮像する新たな方法が報告された。
研究を率いたFerrer-Chavezはノースウェスタン大学物理・天文学科の大学院生である。論文のタイトルは「Imaging exoplanets below the telescope stability limit」で、その内容は望遠鏡の安定性の限界を突破する画像処理手法に関するものだ。JWSTを含む全ての望遠鏡には安定性の閾値があり、これを超えると機械的・熱的・光学的な変動によって鮮明な画像が得られなくなる。JWSTは微細姿勢調整センサーと五層の日傘を備えてこの限界を高めてはいるが、課題は残っている。
参照星画像の限界を打破する新アルゴリズム
恒星光の除去には、装置の安定性だけでなく画像処理が不可欠である。過去20年間、天文学者たちは別の星を観測し、その画像を参照データとして利用することで、この問題に対処してきた。原理は単純で、参照星の画像を観測対象から差し引き、不要な光を除去して隠れた惑星を浮き彫りにするというものだ。しかし参照星方式にも欠点があった。望遠鏡の避け難い不安定性は、参照観測から実際の観測に切り替わる際に生じるため、わずかなズレが画像品質に響くのだ。
ワインバーグ芸術科学大学の物理天文学助教授Jason Wangは、JWSTの安定性の課題について、これまで部分的にしか理解されていないとコメントしている。ピコメートル単位の微小な熱膨張や、冷却装置の小型モーターが鏡を振動させるといった既知の原因と、未解明の要因の両方が存在するという。
Ferrer-Chavezらが提案する新手法は、物理学と数学モデリング、さらに機械学習の知見を組み合わせたものだ。この方法はJWSTのナノスケールの微細な不完全性を考慮に入れ、これまで以上に効果的に恒星光を減算できる。その結果、直接撮像に適した惑星の範囲が広がり、将来の天文台で系外地球の撮像へ向けた「重要な一歩」となる可能性がある。研究チームは51 Eridani bという系外惑星でこの新手法を検証し、成功を収めたと報告している。
出典: Universe Today
