Ảnh minh họa: Avesta Rastan

Các nhà thiên văn học mới đây cho biết đã phát triển một phương pháp mới mang tên FLIP có thể giúp nâng cao khả năng phát hiện trực tiếp các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời bằng cách loại bỏ ánh sáng chói từ các ngôi sao chủ.

Phương pháp này không chỉ giúp phát hiện những hành tinh có ánh sáng rất yếu mà đã giúp các nhà khoa học phát hiện một hành tinh từng bị bỏ sót trong dữ liệu quan sát của Kính thiên văn không gian James Webb (JWST).

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature cho thấy FLIP có thể nâng độ nhạy phát hiện hành tinh lên từ 2 đến 15 lần so với các phương pháp phân tích truyền thống.

Việc chụp ảnh trực tiếp các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời hiện vẫn còn gặp nhiều khó khăn do ánh sáng từ các ngôi sao chủ thường quá mạnh, lấn át ánh sáng yếu ớt của những hành tinh ở gần. Ngay cả các kính thiên văn hiện đại như James Webb cũng khó loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng này do những sai lệch và biến động rất nhỏ trong hệ thống quang học.

FLIP (Physics-based Learning for Imaging Planets) ra đời nhằm khắc phục hạn chế này. Kỹ thuật mới này kết hợp mô hình vật lý với các kỹ thuật tối ưu hóa trong học máy. Hệ thống sử dụng một mô hình mô phỏng kỹ thuật số của Camera Hồng ngoại gần (NIRCam) trên kính James Webb để tái tạo cách ánh sáng truyền qua hệ thống quang học.

Mô hình này cho phép các nhà khoa học tính đến hàng triệu biến số, bao gồm những sai lệch và biến động nhỏ có thể ảnh hưởng đến hình ảnh thu được. Từ đó, hệ thống tạo ra mô phỏng chính xác về ánh sáng của ngôi sao chủ và loại bỏ phần ánh sáng này khỏi dữ liệu quan sát thực tế, giúp làm rõ tín hiệu yếu từ các hành tinh lân cận.

Theo bà Katie Bouman, giáo sư tại Viện Công nghệ California (Caltech) và đồng tác giả nghiên cứu, việc kết hợp mô hình vật lý của thiết bị với các kỹ thuật học máy giúp loại bỏ ánh sáng sao chính xác hơn, qua đó mở rộng khả năng phát hiện những hành tinh có độ sáng rất thấp.

Một trong những điểm đáng chú ý của phương pháp FLIP là khả năng khai thác lại kho dữ liệu quan sát đã được James Webb thu thập. Theo ông Rodrigo Ferrer-Chavez, nghiên cứu sinh tại Đại học Northwestern và đồng tác giả công trình, những hình ảnh từng được cho là không chứa hành tinh có thể vẫn lưu giữ tín hiệu của các thiên thể bị ánh sáng sao che khuất.

Điều này mở ra cơ hội phát hiện thêm các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời mà không cần thực hiện những quan sát mới. Các nhà khoa học có thể sử dụng FLIP để phân tích lại dữ liệu lưu trữ, tìm kiếm những vật thể trước đây chưa thể nhận diện bằng các phương pháp thông thường.

Nhóm nghiên cứu cũng kỳ vọng phương pháp này có thể được ứng dụng trên nhiều thiết bị quan sát khác, trong đó có Kính thiên văn không gian Nancy Grace Roman và các kính thiên văn đặt trên mặt đất.

Về lâu dài, FLIP được kỳ vọng hỗ trợ các sứ mệnh tìm kiếm những hành tinh có điều kiện tương tự Trái Đất, đặc biệt là Đài quan sát các thế giới có thể sinh sống (Habitable Worlds Observatory - HWO) do Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đề xuất.

Một trong những thách thức lớn của mục tiêu này là ánh sáng từ một hành tinh giống Trái Đất có thể yếu hơn khoảng 10 tỷ lần so với ánh sáng của ngôi sao chủ. Vì vậy, việc loại bỏ ánh sáng sao bằng các thuật toán xử lý hình ảnh có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng quan sát, đồng thời giảm bớt yêu cầu đối với độ chính xác của các thiết bị quang học.

Theo các nhà nghiên cứu, kết quả trên cho thấy việc cải tiến các phương pháp xử lý dữ liệu có thể giúp kính thiên văn vượt qua một số giới hạn kỹ thuật vốn khó khắc phục chỉ bằng phần cứng. Đây là hướng tiếp cận có triển vọng trong nỗ lực chụp ảnh trực tiếp các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời, tiến tới tìm kiếm những dấu hiệu có thể liên quan đến sự sống trong vũ trụ.