Найти планету, похожую на нашу, — задача не из лёгких. Даже если такая «Земля 2.0» существует, её свет в миллиарды раз слабее сияния родительской звезды. Обычные телескопы видят лишь ослепительную точку, за которой прячется крошечный мир. Южнокорейские исследователи предложили неожиданный ход: заглянуть за этот занавес с помощью квантовой физики.

Свет, который нельзя разделить

Проблема давно известна астрономам. Экзопланеты земного типа в оптическом диапазоне от ста миллионов до десяти миллиардов раз тусклее своих звёзд. С такого расстояния наша собственная Земля выглядела бы как слабая искра рядом с прожектором Солнца. Согласно так называемому критерию Рэлея, два объекта на определённом угловом расстоянии сливаются для оптики в один. Телескоп фиксирует лишь звезду, а планета бесследно исчезает в её сиянии.

Недавно астрономам удалось выделить спутник красного сверхгиганта Бетельгейзе, но для этого пришлось месяцами «вычитать» слепящий свет звезды с помощью сложных алгоритмов. Теперь группа учёных из Университета Ханьян в Сеуле под руководством Хёнсу Чоя предлагает иной путь — использовать саму природу света.

Фотоны знают больше, чем яркость

Ключевая идея: свет — это не только интенсивность. Каждый фотон несёт в себе волновую информацию, которую обычные камеры попросту игнорируют. Если перед детектором поставить систему, сортирующую фотоны по их волновым паттернам ещё до регистрации, можно извлечь дополнительные данные о структуре звёздной системы.

Именно так и поступили исследователи. Они встроили в программу анализа изображений непрерывную петлю обратной связи. Этот контур позволил улавливать экстремальные перепады яркости между планетой и звездой и восстанавливать картину системы, которая обычным методам недоступна.

Точность в трёх случаях из четырёх

Результаты симуляций обнадёживают. Алгоритм почти в трёх четвертях случаев верно определял количество и точное положение планет. А когда число объектов совпадало с реальностью, программа вдобавок вычисляла истинную яркость чрезвычайно тусклой планеты — параметр, который напрямую связан с её размером и отражательной способностью.

Конечно, компьютерная модель — ещё не телескоп. В реальных наблюдениях вмешаются шумы: атмосферная турбулентность, тепловое излучение аппаратуры, рассеянный свет. Насколько хорошо метод перенесётся с виртуального неба на настоящее, пока неясно. Препринт исследования ещё ждёт рецензирования.

Квантовый взгляд на далёкие миры

Тем не менее, по оценке Universe Today, работа южнокорейских учёных — значительный шаг в развитии систем визуализации на квантовой основе. Если метод удастся реализовать на практике, поиск потенциально обитаемых миров перестанет быть игрой в угадайку. Вместо того чтобы выискивать иголку в стоге сена, астрономы смогут напрямую различать свет планеты и звезды.

Квантовая физика уже не раз показывала, что реальность сложнее наших представлений о ней. Возможно, именно она поможет человечеству найти вторую Землю — мир, где тоже загорается фонарь на велосипеде, летящем сквозь ночь.