Các nhà khoa học tại Sydney (Úc) đã sửa chữa Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA mà không cần rời khỏi Trái Đất. Sử dụng phần mềm tích hợp AI có tên AMIGO, họ loại bỏ hiện tượng hình ảnh bị nhòe mờ do các nhiễu điện tử rất nhỏ gây ra.

Giải pháp này khôi phục toàn bộ sức mạnh quan sát của kính để phát hiện các ngoại hành tinh xa xôi và những hiện tượng vũ trụ tinh vi. Đó là câu chuyện đáng kinh ngạc về việc mã lập trình — chứ không phải phi hành gia — đã cứu kính thiên văn trị giá 10 tỷ USD của NASA.

Sinh viên Sydney “sửa” đôi mắt sắc nhất vũ trụ

Hai nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Sydney đã làm được điều mà trước đây phải cần đến phi hành gia và nhiệm vụ ngoài không gian: họ làm sắc lại “thị lực” của đài quan sát mạnh nhất của loài người mà không cần rời mặt đất. Louis Desdoigts, hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Leiden (Hà Lan), và đồng nghiệp Max Charles tự hào đến mức mỗi người đã xăm hình thiết bị họ tham gia “sửa chữa” lên cơ thể.

Cụ thể, các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney đã phát triển một giải pháp phần mềm sáng tạo giúp loại bỏ độ mờ trong ảnh chụp từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), khôi phục hiệu suất sắc nét của một trong những thiết bị quan trọng nhất của kính, mà không cần bất kỳ sửa chữa phần cứng hay nhiệm vụ không gian nào.

Bước đột phá này dựa trên thành phần duy nhất của JWST được thiết kế tại Australia — thiết bị giao thoa khẩu độ (AMI). Được phát triển bởi Giáo sư Peter Tuthill tại Khoa Vật lý và Viện Thiên văn Sydney, AMI cho phép chụp ảnh cực kỳ chi tiết của các ngôi sao và ngoại hành tinh, bằng cách kết hợp ánh sáng từ nhiều phần khác nhau của gương chính, dựa trên phương pháp giao thoa.

Từ “mờ mắt” đến độ sắc nét tuyệt đối

Khi JWST bắt đầu hoạt động, các nhà khoa học phát hiện thiết bị AMI bị ảnh hưởng bởi các nhiễu điện tử cực nhỏ trong bộ cảm biến hồng ngoại, gây nên độ mờ nhẹ — gợi nhớ đến sự cố “tầm nhìn mờ” nổi tiếng của kính Hubble, vốn phải sửa bằng nhiệm vụ phi hành gia ngoài không gian.

Thay vì tạo phần cứng mới hoặc thực hiện một nhiệm vụ cứu hộ tốn kém, nhóm nghiên cứu gồm hai nghiên cứu sinh Louis Desdoigts và Max Charles, cùng Giáo sư Tuthill và Phó giáo sư Ben Pope (Đại học Macquarie), đã phát triển một phương pháp hiệu chuẩn hoàn toàn bằng phần mềm để xử lý vấn đề ngay từ mặt đất.

Công cụ của họ — Quan sát giao thoa che khẩu độ bằng mô phỏng tạo sinh (AMIGO) — sử dụng mô phỏng nâng cao và mạng nơ-ron để tái tạo cách hoạt động của quang học và điện tử của JWST trong không gian. Nhóm phát hiện một khiếm khuyết trong đó điện tích rò sang các điểm ảnh lân cận và xây dựng thuật toán để loại bỏ biến dạng này, đưa AMI trở lại độ chính xác tối ưu.

“Thay vì phải gửi phi hành gia lên lắp thêm linh kiện mới, họ sửa tất cả bằng mã lập trình,” Giáo sư Tuthill nói. “Đó là ví dụ xuất sắc cho thấy sự đổi mới của Úc có thể tạo dấu ấn toàn cầu trong khoa học không gian.”

Sắc nét hơn bao giờ hết

Giải pháp đã mang lại kết quả ấn tượng. Với AMIGO, JWST ghi nhận các đối tượng mờ nhạt trở nên sắc nét hơn — bao gồm hình ảnh trực tiếp của một ngoại hành tinh mờ và một sao lùn nâu đỏ quay quanh ngôi sao HD 206893, cách Trái Đất khoảng 133 năm ánh sáng.

Một nghiên cứu liên quan do Max Charles dẫn dắt cho thấy AMI được “lấy nét” trở lại mạnh mẽ đến mức có thể chụp các chi tiết độ phân giải cao như tia vật chất từ hố đen hay bề mặt núi lửa của Io — một mặt trăng của sao Mộc, mở rộng khả năng của JWST.

“Công trình này giúp JWST nhìn rõ hơn bao giờ hết,” Dr. Desdoigts nói. “Thật sự rất đáng tự hào khi một giải pháp phần mềm có thể mở rộng khả năng khoa học của kính — và tất cả đều thực hiện trong phòng thí nghiệm.”

Desdoigts hiện nhận được vị trí nghiên cứu sau tiến sĩ danh giá tại Đại học Leiden (Hà Lan).

Cả hai nghiên cứu đã công bố trên nền tảng arXiv. Bài của Tiến sĩ Desdoigts đã được bình duyệt và sắp xuất bản trên tạp chí Publications of the Astronomical Society of Australia.

Phó giáo sư Benjamin Pope, người trình bày kết quả tại SXSW Sydney, cho biết nhóm muốn sớm cung cấp mã AMIGO cho cộng đồng nghiên cứu JWST.

Kính viễn vọng Không gian James Webb là đài quan sát hồng ngoại trị giá 10 tỷ USD của NASA, dùng để nghiên cứu các thiên hà đầu tiên của vũ trụ, quan sát ngoại hành tinh và giải mã cấu trúc vũ trụ sâu xa — vượt xa mọi kính thiên văn trước đó. Ảnh: Trung tâm Không gian Goddard của NASA

Max Charles tạo dáng cùng hình xăm trên bắp tay mẫu thiết bị “Mặt nạ không trùng lặp” mà anh đã giúp sửa chữa. Ảnh: Đại học Sydney