Como a IA corrigiu a visão embaçada do Telescópio Espacial James Webb

"Em vez de enviar astronautas para instalar novas peças, eles conseguiram consertar as coisas com código."

Da esquerda para a direita: Imagens da galáxia NGC 1068, da lua Io de Júpiter e da estrela Wolf-Rayet 137, antes (acima) e depois (abaixo) do aprimoramento por IA. (Crédito da imagem: Max Charles/Universidade de Sydney)

O telescópio está apresentando visão embaçada.

Mas uma equipe de pesquisadores australianos criou um algoritmo de IA que resolve o problema — um grande alívio para a comunidade científica, que espera usar o instrumento para procurar exoplanetas ao redor de estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea .

O instrumento afetado é o Interferômetro de Mascaramento de Abertura (API, na sigla em inglês), projetado e construído por uma equipe de astrônomos liderada pelo Professor Peter Tuthill, da Universidade de Sydney, na Austrália. O API não é um dos quatro instrumentos principais do Telescópio Espacial James Webb (JWST), mas sim um dispositivo que possibilita um tipo especial de imagem em um dos principais instrumentos do observatório — o Imageador de Infravermelho Próximo e Espectrógrafo sem Fenda (NIRISS, na sigla em inglês).

O API permite que o NIRISS combine a luz de diferentes seções do espelho principal do telescópio para aumentar a sensibilidade e a resolução do instrumento. O componente API, que consiste em uma máscara opaca com sete orifícios, foi projetado especificamente para procurar exoplanetas pequenos e tênues ao redor de estrelas distantes . Mas, quando os astrônomos ligaram o instrumento pela primeira vez, descobriram que as imagens estavam borradas.

O problema lembrava uma grande falha na óptica do antecessor do Webb, o Telescópio Espacial Hubble , que apresentou uma miopia notável após entrar em órbita em 1990. O defeito do Hubble decorria de imperfeições em seu espelho primário, e a correção exigiu uma missão espacial tripulada que custou centenas de milhões de dólares. Em 1993, uma equipe de astronautas instalou um conjunto de espelhos corretivos em frente aos sensores do telescópio para permitir que ele produzisse imagens com a qualidade esperada.

Para o Webb, no entanto, tal missão está fora de questão. O Hubble orbita a cerca de 515 quilômetros (320 milhas) acima da Terra, apenas 110 quilômetros (70 milhas) acima da Estação Espacial Internacional . O Webb, por outro lado, acompanha o planeta a uma distância de 1,5 milhão de quilômetros (930.000 milhas), o que é mais de três vezes mais distante da Terra do que a Lua . Nenhuma missão espacial tripulada jamais voou tão longe.

A falta de nitidez nas imagens da API de Webb foi atribuída a distorções eletrônicas que surgiam no detector da câmera infravermelha de Webb.

Para resolver o problema, os ex-alunos de doutorado da Universidade de Sydney, Max Charles e Louis Desdoigts, desenvolveram uma rede neural, um tipo de algoritmo de IA inspirado no funcionamento do cérebro humano, que detecta e corrige os pixels afetados pelas cargas elétricas que distorcem as observações. 

O algoritmo, chamado AMIGO (sigla em inglês para Aperture Masking Interferometry Generative Observations), mostrou funcionar de forma notável.

"Em vez de enviar astronautas para instalar novas peças, eles conseguiram consertar as coisas com código", disse Tuthill em um comunicado .

Os pesquisadores demonstraram a capacidade de aprimoramento de imagens do AMIGO em imagens de um exoplaneta tênue e de uma estrela muito fria e de baixa massa (uma anã vermelho-acastanhada) a cerca de 133 anos-luz da Terra. Em outra campanha de imagens, o API, com o auxílio do AMIGO, conseguiu produzir imagens detalhadas do jato de um buraco negro , da superfície vulcânica da lua Io de Júpiter e de ventos estelares emanados de uma estrela variável distante.

"Este trabalho torna a visão do JWST ainda mais nítida", disse Desdoigts, que agora é pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Leiden, na Holanda, em comunicado. "É incrivelmente gratificante ver uma solução de software ampliar o alcance científico do telescópio."

O Telescópio Espacial James Webb, em operação desde julho de 2022, revolucionou a astronomia, revelando detalhes inesperados sobre a formação de galáxias primordiais e buracos negros. Também contribuiu significativamente para o estudo de exoplanetas, realizando medições sem precedentes da composição de suas atmosferas. Com o API em plena capacidade, o Webb está preparado para descobertas ainda mais impressionantes.

Space.com