Phần mềm mới giúp kính viễn vọng James Webb chụp ảnh ngoại hành tinh sắc nét hơn

Nhưng bất kỳ ai chú ý đến thế giới phát triển của AI đều nhận ra rằng chúng ta đã trở nên rất thành công trong việc điều chỉnh hàng tỷ tham số trong mạng nơ-ron, một phần thông qua kỹ thuật toán học gọi là giảm dần độ dốc (gradient descent). Và, bởi vì điều này đóng vai trò trung tâm trong việc đào tạo các mạng nơ-ron lớn, mọi người đã đầu tư rất nhiều công sức vào việc tối ưu hóa hiệu suất của gradient descent trên GPU.

Vì vậy, một nhóm các nhà nghiên cứu đã phát triển một quy trình mà họ gọi là FLIP (không phải từ viết tắt của Physics-based Learning for Imaging Planets - Học tập dựa trên vật lý để chụp ảnh các hành tinh), sử dụng mô hình vật lý của phần cứng (trong trường hợp này là NIRCam trên Kính viễn vọng Không gian James Webb) với 10^6 tham số có thể có, sau đó sử dụng phần mềm để tối ưu hóa tất cả các tham số của nó. Quá trình tối ưu hóa bắt đầu bằng hàm tán xạ điểm mô phỏng, sau đó sử dụng gradient descent để tối ưu hóa hiệu suất của nó trên dữ liệu từ một ngôi sao thực tế. Chạy trên một GPU hiện tại, quá trình này chỉ mất hơn nửa giờ một chút.

Các nhà nghiên cứu sau đó tinh chỉnh kết quả trên hình ảnh khoa học thực tế mà họ đang phân tích. Phần cuối cùng này của quá trình là rất quan trọng, vì một số biến số sẽ khác nhau giữa các lần quan sát.

Kết quả tốt

Để kiểm tra cách thức hoạt động này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng quan sát của hai ngôi sao có ngoại hành tinh được biết đến (HIP 65426 và 51 Eridani), cùng với ngôi sao thứ ba (TYC 5899) không có ngoại hành tinh nào được biết đến nhưng được biết là thay đổi rất nhiều giữa các lần quan sát. Đây là những ngôi sao trẻ và hai trong số chúng có các hành tinh lớn vẫn còn ấm từ sự sụp đổ hấp dẫn của chúng, cho phép chúng được chụp ảnh trước đó.

Sử dụng dữ liệu của Webb, nhóm nghiên cứu đã sử dụng FLIP để tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu lên hệ số từ 1,5 đến 2, tùy thuộc vào các quan sát. Ở bước sóng có thể được sử dụng để phát hiện carbon dioxide, họ đã có thể phát hiện ra một trong các hành tinh trong dữ liệu của Webb lần đầu tiên. Đối với TYC 5899, cách tiếp cận này đã làm tăng độ nhạy của các quan sát lên hệ số 15.

Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng các ứng dụng vượt ra ngoài việc có được cái nhìn rõ hơn về các hành tinh đã biết. Bằng cách giảm tiếng ồn, cũng có thể phát hiện ra những hành tinh mờ hơn (và do đó lớn tuổi hơn hoặc khối lượng thấp hơn) trước đây đã trốn tránh việc phát hiện. Họ cũng nghĩ rằng họ có thể sửa đổi FLIP để làm nổi bật nơi nó tạo ra những thay đổi đáng kể nhất đối với mô hình, điều này có thể cho chúng ta biết những điều hữu ích về những gì đang xảy ra với phần cứng của kính viễn vọng.

Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11213-z