Exoplanet Detection via Differentiable Rendering

要約

太陽系外惑星の直接撮像は、太陽系外の惑星系の理解を進める上で極めて重要であるが、母星と惑星のコントラストが高いため、大きな課題に直面している。波面収差は望遠鏡の科学画像に斑点をもたらし、これは回折した星光のパターンであり、惑星の外観を模倣することができるため、暗い系外惑星シグナルの検出を複雑にしている。主に画像強度領域で動作する従来の後処理方法では、波面センシングデータを統合することはできません。主に補償光学補正のために測定されるこれらのデータは、波面収差の進化する性質という課題のためもあり、後処理の潜在的なリソースとして見過ごされてきた。本論文では、これらの波面センシングデータを活用して太陽系外惑星検出を向上させる微分可能なレンダリングアプローチを紹介する。我々の微分可能なレンダラーは、コロナグラフ望遠鏡システムを通過する波動ベースの光伝搬をモデル化し、勾配ベースの最適化によって星光減算を大幅に改善し、暗い系外惑星に対する感度を向上させることができる。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の構成に基づくシミュレーション実験は、コントラストと惑星検出限界の大幅な改善を達成し、我々のアプローチの有効性を実証している。我々の結果は、微分可能なレンダリングによって可能になる計算の進歩が、これまで十分に活用されていなかった波面データを活性化させ、系外惑星のイメージングと特性評価を強化するための新たな道を開くことができることを示している。

要約(オリジナル)

Direct imaging of exoplanets is crucial for advancing our understanding of planetary systems beyond our solar system, but it faces significant challenges due to the high contrast between host stars and their planets. Wavefront aberrations introduce speckles in the telescope science images, which are patterns of diffracted starlight that can mimic the appearance of planets, complicating the detection of faint exoplanet signals. Traditional post-processing methods, operating primarily in the image intensity domain, do not integrate wavefront sensing data. These data, measured mainly for adaptive optics corrections, have been overlooked as a potential resource for post-processing, partly due to the challenge of the evolving nature of wavefront aberrations. In this paper, we present a differentiable rendering approach that leverages these wavefront sensing data to improve exoplanet detection. Our differentiable renderer models wave-based light propagation through a coronagraphic telescope system, allowing gradient-based optimization to significantly improve starlight subtraction and increase sensitivity to faint exoplanets. Simulation experiments based on the James Webb Space Telescope configuration demonstrate the effectiveness of our approach, achieving substantial improvements in contrast and planet detection limits. Our results showcase how the computational advancements enabled by differentiable rendering can revitalize previously underexploited wavefront data, opening new avenues for enhancing exoplanet imaging and characterization.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, DeepL