JWST日冕图像改用可微物理模型减星光：灵敏度最高提升一个量级，首次在4.3微米拍到51 Eridani b
核心概要
直接成像系外行星需要把恒星光斑从图像中减掉，而传统做法依赖参考星图像，望远镜指向误差和热漂移会让参考与科学观测不一致，从而限制灵敏度。FLIP把基于物理的仪器模型写进PyTorch，用自动微分对百万级参数做多阶段优化，先在参考星上预校准，再在科学图像上微调，以补偿这些不稳定性。在JWST/NIRCam日冕数据上，FLIP相对标准KLIP方法取得2至15倍的灵敏度优势，并在F430M波段以信噪比6.3首次探测到51 Eridani b，对应4.3微米。
深度剖析
系外行星直接成像的星光扣除不再只靠参考星图像，而可以由一个可微的物理仪器模型在科学图像上直接拟合恒星点扩散函数。 此前最成功的做法是用其他时刻、其他波段或其他恒星的参考观测经验性地构建点扩散函数模型，这类方法受参考观测与科学观测之间望远镜不稳定性造成的差异限制。 在JWST/NIRCam日冕数据上，FLIP在全部观测中灵敏度都优于标准KLIP，相对已发表分析最高提升一个量级，并在F430M波段以信噪比6.3探测到此前未探测到的51 Eridani b。
做法是把恒星、光学系统和探测器写成一个可微的物理模型，用梯度下降让模拟星斑逼近真实科学图像。 模型以空间望远镜科学研究所维护的STPSF标称光学模型为起点，在PyTorch中实现，从而能借助自动微分优化自由参数。 优化分两阶段：先在参考星上校准全部参数，再在科学图像上只调星位置与通量以及焦平面掩模之后的波前误差；在单块NVIDIA A30 GPU上，第一阶段耗时10至15分钟，第二阶段耗时10至30分钟。
启示与展望
演示范围限于JWST/NIRCam日冕仪的真实在轨数据，包括HIP 65426、51 Eridani和TYC 5899四个数据集，覆盖F444W、F410M、F430M三种滤光片与两种日冕仪掩模；作者提出可扩展到MIRI、Roman空间望远镜、Lazuli空间望远镜和地面望远镜，但这些扩展尚未在此展示。
FLIP尚未在任何观测中达到光子噪声极限，其模型也尚未经过系统校准以给出不稳定性参数的可靠估计与不确定度；在TYC 5899数据中较大间隔处FLIP的信号损失有时高于KLIP，作者将更精细的探测器模型、参数简并的解耦和超参数探索列为改进方向。