Прожектор бьёт прямо в глаза, а в паре шагов от него мерцает крошечный светлячок. Примерно так выглядит охота за землеподобной планетой у соседней звезды: планета в сто миллионов — десять миллиардов раз тусклее своей звезды, и на небе они почти сливаются в одну точку. Свет звезды забивает слабый планетный отблеск, делая обычные телескопы беспомощными.
Группа исследователей предложила обойти это препятствие с помощью адаптивного квантового измерения. Метод не пытается напрямую фотографировать звезду в надежде разглядеть планету. Вместо этого он подбирает особый «режим наблюдения» — пространственную моду света, при которой каждый пойманный фотон несёт максимум информации о слабом источнике. Процесс напоминает настройку музыкального инструмента: система итеративно меняет форму световой волны, пока не «услышит» тихий голос планеты в оглушительном шуме звезды.
Метод работает при контрастах до \(10^{-8}\) — это на пять порядков лучше, чем удавалось прежним квантовым схемам для поиска экзопланет. Он не просто обнаруживает планету, но и точно указывает, сколько их в кадре, где они находятся и насколько ярки. Для этого используется оценка максимального правдоподобия в логарифмической шкале яркостей, а число источников определяется автоматически по критерию BIC — без каких-либо порогов, задаваемых человеком. В испытаниях на точках, разделённых меньше дифракционного предела и с разницей блеска в восемь порядков, сцена восстанавливалась в среднем в 72,5% случаев.
Устойчивость к ошибкам — ещё один плюс. Даже при смещении камеры на шесть пикселей успех остаётся на уровне 71,3%. Технические несовершенства не ставят крест на наблюдениях. Такой подход впервые позволяет напрямую увидеть планеты земного типа в обитаемой зоне — области вокруг звезды, где вода может оставаться жидкой. Раньше этот диапазон был недосягаем для прямых снимков.
Контраст яркости между Солнцем и Землёй — около десяти миллиардов раз. Это всё равно что пытаться разглядеть тусклый светодиод на фоне мощного прожектора с расстояния в несколько километров.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты долго оставался загадкой из-за неспособности приборов отделить его сигналы от помех — новый метод мог бы помочь разобраться в подобных аномалиях.