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IA e fotônica unem forças para tornar mais fácil encontrar ‘novas Terras’

Ao combinar fotônica com IA, os cientistas desenvolveram um sensor que ajudará a decifrar o ‘cintilar’ das estrelas e permitir a exploração baseada na Terra de planetas ao redor de estrelas distantes.

Cientistas australianos desenvolveram um novo tipo de sensor para medir e corrigir a distorção da luz das estrelas causada pela visão através da atmosfera terrestre, o que deve facilitar o estudo da possibilidade de vida em planetas distantes.

Usando inteligência artificial e aprendizado de máquina, os cientistas ópticos da Universidade de Sydney desenvolveram um sensor que pode neutralizar o ‘cintilar’ de uma estrela causado por variações de calor na atmosfera da Terra. Isso tornará a descoberta e o estudo de planetas em sistemas solares distantes mais fáceis de telescópios ópticos na Terra.

“A principal maneira de identificarmos planetas orbitando estrelas distantes é medindo quedas regulares na luz das estrelas causadas por planetas bloqueando pedaços de seu sol”, disse o autor principal, Dr. Barnaby Norris, que ocupa uma posição conjunta como pesquisador na Universidade de Sydney Astrophotonic Laboratório de Instrumentação e na University of Sydney, nó da Australian Astronomical Optics na School of Physics.

“Isso é realmente difícil do solo, então precisávamos desenvolver uma nova maneira de olhar para as estrelas. Também queríamos encontrar uma maneira de observar diretamente esses planetas da Terra”, disse ele.

A invenção da equipe agora será implantada em um dos maiores telescópios ópticos do mundo, o telescópio Subaru de 8,2 metros no Havaí, operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão.

“É realmente difícil separar o ‘cintilar’ de uma estrela das quedas de luz causadas pelos planetas quando observados da Terra”, disse o Dr. Norris. “A maioria das observações de exoplanetas veio de telescópios em órbita, como o Kepler da NASA. Com nossa invenção, esperamos lançar um renascimento na observação de exoplanetas do solo.”

MÉTODOS NOVOS

O uso do novo ‘sensor de frente de onda fotônico’ ajudará os astrônomos a obter imagens de exoplanetas diretamente ao redor de estrelas distantes da Terra.

Nas últimas duas décadas, milhares de planetas além do nosso sistema solar foram detectados, mas apenas um pequeno punhado foi capturado diretamente da Terra. Isso limita severamente a exploração científica desses exoplanetas.

Fazer uma imagem do planeta fornece muito mais informações do que métodos de detecção indireta, como medir a queda da luz das estrelas. Planetas semelhantes à Terra podem parecer um bilhão de vezes mais fracos do que sua estrela hospedeira. E observar o planeta separado de sua estrela é como olhar para uma moeda de 10 centavos em Sydney, vista de Melbourne.

Para resolver este problema, a equipe científica da Escola de Física desenvolveu um ‘sensor de frente de onda fotônico’, uma nova maneira de permitir que a distorção exata causada pela atmosfera seja medida, para que possa então ser corrigida pelos sistemas ópticos adaptativos do telescópio. de vezes por segundo.

“Este novo sensor combina dispositivos fotônicos avançados com técnicas de aprendizagem profunda e redes neurais para obter um tipo sem precedentes de sensor de frente de onda para grandes telescópios”, disse o Dr. Norris.

“Ao contrário dos sensores de frente de onda convencionais, ele pode ser colocado no mesmo local do instrumento óptico onde a imagem é formada. Isso significa que é sensível a tipos de distorções invisíveis a outros sensores de frente de onda usados ​​atualmente em grandes observatórios”, disse ele.

O professor Olivier Guyon, do Telescópio Subaru e da Universidade do Arizona, é um dos maiores especialistas mundiais em óptica adaptativa. Ele disse: “Esta é, sem dúvida, uma abordagem muito inovadora e muito diferente de todos os métodos existentes. Ela poderia resolver várias das principais limitações da tecnologia atual. Atualmente, estamos trabalhando em colaboração com a equipe da Universidade de Sydney para testar este conceito na Subaru em conjunto com SCExAO, que é um dos sistemas ópticos adaptativos mais avançados do mundo. “

APLICAÇÃO ALÉM DA ASTRONOMIA

Os cientistas alcançaram esse resultado notável construindo um novo método para medir (e corrigir) a frente de onda da luz que passa pela turbulência atmosférica diretamente no plano focal de um instrumento de imagem. Isso é feito usando um conversor de luz avançado, conhecido como lanterna fotônica, ligado a um processo de inferência de rede neural.

“Esta é uma abordagem radicalmente diferente dos métodos existentes e resolve várias das principais limitações das abordagens atuais”, disse o co-autor Jin (Fiona) Wei, estudante de pós-graduação no Laboratório de Instrumentação Astropotônica de Sydney.

O Diretor do Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory da School of Physics da University of Sydney, Professor Associado Sergio Leon-Saval, disse: “Embora tenhamos abordado este problema para resolver um problema de astronomia, a técnica proposta é extremamente relevante para uma ampla gama de campos. Pode ser aplicado em comunicações ópticas, sensoriamento remoto, imagens in vivo e qualquer outro campo que envolva a recepção ou transmissão de frentes de onda precisas através de um meio turbulento ou turvo, como água, sangue ou ar. “

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