Team australiano di dottorato utilizza l’IA per ripristinare la chiarezza del James Webb

Il cosmo è profondo e vasto. È inquietantemente bello e pieno di mistero. Comprendere questo universo è fondamentale per capire le nostre origini e il nostro posto al suo interno.

Per questo, gli scienziati hanno costruito il James Webb Space Telescope (JWST), uno strumento potente progettato per catturare la luce delle prime galassie e rivelare come è nato il nostro mondo. È il telescopio più grande nello spazio, consentendo lo studio di oggetti astronomici usando radiazione infrarossa.

Questa forma di luce ha lunghezze d’onda più lunghe rispetto alla luce visibile e può penetrare le nubi di polvere cosmica che bloccano la luce visibile. E poiché Webb osserva a lunghezze d’onda più lunghe, necessita di una grande area di raccolta per ottenere alta risoluzione.

Lo specchio principale di Webb è composto da 18 segmenti esagonali in berillio placcato oro, formando uno specchio di 6,5 metri di diametro. Questo grande specchio, combinato con strumenti ad alta risoluzione e alta sensibilità, permette a Webb di rilevare oggetti molto più distanti rispetto ai telescopi spaziali precedenti.

Per rendere possibili queste osservazioni, Webb deve essere mantenuto a temperature estremamente basse, al di sotto di 50 K (−370 °F; −223 °C). Questo impedisce al calore del telescopio di interferire con i deboli segnali infrarossi che cerca di catturare. Uno scudo solare a più strati protegge il telescopio dalle fonti di calore esterne come Sole, Luna e Terra.

Con questi potenti strumenti, Webb ha consentito indagini in vari campi dell’astronomia e della cosmologia, inclusa l’osservazione delle prime stelle, la formazione delle prime galassie e la scienza atmosferica dettagliata di esopianeti potenzialmente abitabili.

Tuttavia, alcune immagini recenti di Webb sono risultate piuttosto sfocate a causa di distorsioni in uno dei suoi strumenti chiave. Per risolvere il problema, due ricercatori PhD dell’Università di Sydney, Max Charles e Louis Desdoigts, hanno ricorso all’IA. Impressionantemente, l’hanno fatto dalla Terra senza alcuna modifica hardware.

Ma perché è importante? Cosa ha scoperto Webb là fuori che rende le immagini più nitide così cruciali? Diamo un’occhiata.

James Webb Space Telescope: Sorprese dall’Universo Primordiale

Da quando è operativo, Webb ha scoperto galassie con struttura complessa e buchi neri quando l’universo era ancora molto giovane, sfidando le nostre conoscenze su quanto rapidamente le prime galassie potessero formarsi e crescere.

Webb ha rivelato chiare firme atmosferiche — tra cui metano, anidride carbonica, biossido di zolfo, ammoniaca e persino solfuro di idrogeno — su più mondi. Alcune di queste molecole avevano solo evidenze tentative (o nessuna) prima di JWST; Webb ha fornito le prime rilevazioni inequivocabili in diversi casi, avanzando drasticamente la chimica degli esopianeti.

Il telescopio ha osservato caratteristiche come le aurore di Giove e caratterizzato piccoli corpi incorporati nella cintura di asteroidi tra Giove e Marte, difficili da rilevare per altri telescopi, dimostrando la flessibilità di JWST., dimostrando la flessibilità di JWST. Diversi buchi neri massicci sono stati scoperti dal telescopio.

Con queste e molte altre scoperte, JWST sta mantenendo la sua promessa. Sta dimostrando che l’universo primordiale è molto più attivo e complesso di quanto pensassimo. Il suo potere ci aiuta ulteriormente a andare oltre la nostra galassia e il sistema solare con intuizioni più dettagliate e accurate sulla natura del cosmo.

Più recentemente, gli astronomi hanno individuato¹ “una delle scoperte più sconcertanti” finora mentre esaminavano le immagini di Webb.

Questi oggetti molto luminosi e sconcertanti potrebbero essere la galassia più antica conosciuta nell’universo, emersa 100 milioni di anni dopo il Big Bang, oppure potrebbero essere una nana bruna, ovvero una stella fallita, più grande dei più grandi pianeti gassosi ma non abbastanza per sostenere la fusione nucleare nel suo nucleo. L’identità esatta di Capotauro rimane incerta, ma è sicuramente “interessante e promettente”.

Capotauro è stato individuato da un team di astrofisici dell’Istituto Nazionale di Astrofisica in Italia in uno studio precedente, quando cercavano di identificare vecchie galassie nelle osservazioni di JWST. Tuttavia, la mancanza di dati ad alta risoluzione ha reso impossibile specificare la sua identità. Ma poi JWST ha rilasciato più dati su Capotauro all’inizio di quest’anno, aiutando il team a restringere le possibilità.

Il team ha usato le immagini scattate dalla Near Infrared Camera (NIRCam) di JWST a sette lunghezze d’onda per misurare la luminosità di Capotauro e dati limitati ma più dettagliati dallo Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) di JWST per avere un’idea della sua età e temperatura.

I dati da NIRCam e NIRSpec sono stati combinati, e poi sono stati usati modelli per testare tre possibili configurazioni galattiche. È stato testato anche uno scenario in cui Capotauro potrebbe essere una nana bruna sul bordo esterno della Via Lattea, insieme a una serie di altre possibilità, come l’oggetto fosse un esopianeta peculiare o una giovane galassia molto strana.

Sebbene i risultati fossero inconcludenti, il team ha identificato le due opzioni più probabili.

Una possibilità è che Capotauro sia stato formato circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang, il che sposta l’età della galassia più antica conosciuta indietro di circa 200 milioni di anni. L’altra possibilità è che Capotauro sia una nana bruna insolita, la più fredda e più distante nella nostra galassia.

Entrambe sono possibilità “molto entusiasmanti” poiché sfiderebbero ciò che pensavamo di sapere sulla nostra galassia e sul suo evolversi, ha detto il coautore dello studio Giovanni Gandolfi, astrofisico all’INAF.

In un’altra nuova osservazione con JWST, gli astronomi hanno scoperto cinque composti complessi a base di carbonio² intrappolati nel ghiaccio intorno a una stella al di fuori della Via Lattea.

Le molecole organiche sono state rilevate intorno a una protostella in una galassia nana, la Grande Nube di Magellano, che è a 160.000 anni luce dalla Terra e orbita vicino alla nostra galassia. Questa piccola galassia è piena di stelle calde e luminose e ha meno elementi più pesanti dell’elio rispetto alla Via Lattea. Comprendendo questa galassia, gli astronomi mirano a utilizzare queste conoscenze per capire galassie più distanti dell’epoca in cui l’universo era molto più giovane.

“Le condizioni estreme ci dicono di più su come la chimica organica complessa possa avvenire in questi ambienti primitivi dove sono disponibili molti meno elementi pesanti come carbonio, azoto e ossigeno per le reazioni chimiche.”

– Coautrice dello studio Marta Sewilo, astronomo presso l’Università del Maryland e il Goddard Space Flight Center della NASA

I ricercatori hanno puntato Webb verso ST6, una stella in formazione nella Grande Nube di Magellano, e, con l’aiuto di strumenti che misurano la luce infrarossa, hanno trovato le seguenti molecole complesse nel ghiaccio intorno a essa: metanolo, etanolo, acetaldeide, acido acetico e formiato di metile.

Tra queste, il metanolo è l’unico che è stato “conclusivamente rilevato” nelle protostelle, il che rende le nuove osservazioni “eccezionali”.

I ricercatori hanno persino trovato segnali che potrebbero essere causati da glicolaldeide, che può reagire con altre molecole per formare ribosio, un tipo di zucchero importante per l’acido ribonucleico (RNA), essenziale per la vita.

Clicca qui per scoprire come laser e stampa 3D costruiranno il nostro futuro nello spazio.

AMIGO: La calibrazione AI che ha migliorato le immagini NIRISS-AMI del JWST

Scorri per visualizzare →

Con tutte queste scoperte provenienti da Webb, due ricercatori PhD dell’Università di Sydney, Max Charles e Louis Desdoigts, hanno capito di poter rendere il telescopio ancora più efficace. Il loro software basato sull’IA ha corretto la sfocatura nelle immagini di Webb dalla Terra senza richiedere costose missioni di riparazione nello spazio.

Il problema che hanno risolto era nell’Interferometro a Mascheramento di Apertura (AMI), l’unico componente del telescopio progettato in Australia. AMI sull’strumento NIRISS è l’interferometro infrarosso a più alta risoluzione mai collocato nello spazio. Consente agli astronomi di ottenere immagini ad alta risoluzione di stelle e pianeti al di fuori del nostro sistema solare combinando la luce da diverse sezioni dello specchio principale di Webb.

Ma quando il telescopio ha iniziato le operazioni, le prestazioni di AMI sono state influenzate da distorsioni elettroniche nel suo rivelatore della camera infrarossa. Con la migrazione di carica, o l’Effetto Brighter-Fatter, che limitava le prestazioni di AMI, le immagini catturate dal telescopio presentavano una leggera sfocatura.

I telescopi spaziali hanno affrontato difetti ottici simili in passato. Hubble ha avuto un problema comparabile negli anni ’90 a causa di un errore di spaziatura delle lenti. Il suo specchio principale aveva una forma errata, un difetto chiamato aberrazione sferica, che causava al suo specchio primario più di un punto focale, rendendo le immagini sfocate.

Per mettere a fuoco i dati sfocati, la NASA ha ridisegnato la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) e ha sviluppato il pacchetto di strumenti Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) di Hubble, delle dimensioni di un grande frigorifero e che fungeva da paio di occhiali per la Faint Object Camera (FOC), il Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) e il Faint Object Spectrograph (FOS) di Hubble. Entrambi WFPC2 e COSTAR sono stati installati dagli astronauti durante la prima missione di manutenzione di Hubble alla fine del 1993.

Questa volta, invece di inviare astronauti per effettuare riparazioni fisiche, i ricercatori hanno creato un metodo di calibrazione basato su software qui sulla Terra. Charles e Desdoigts (ora ricercatore post-dottorato presso l’Università di Leiden nei Paesi Bassi) hanno sviluppato quello che hanno chiamato Aperture Masking Interferometry Generative Observations, o AMIGO³.

AMIGO è un framework di calibrazione open-source “che modella in avanti l’intero sistema JWST AMI — includendo la sua ottica, la fisica del rivelatore e l’elettronica di lettura — usando un’architettura differenziabile end-to-end implementata nel framework Jax e, in particolare, sfruttando il pacchetto di modellazione ottica dLux.”

Utilizza reti neurali e simulazioni avanzate per replicare il funzionamento dell’ottica e dell’elettronica di Webb nello spazio. Per progettare i loro algoritmi per correggere digitalmente le immagini, i ricercatori hanno identificato il problema della diffusione della carica elettrica nei pixel adiacenti.

In questo modo, “sono riusciti a sistemare le cose con il codice” invece di “inviare astronauti a montare nuove parti”, ha detto il Professor Peter Tuthill della School of Physics dell’Università di Sydney e del Sydney Institute for Astronomy, che ha creato AMI e lavorato alla soluzione. “È un brillante esempio di come l’innovazione australiana possa avere un impatto globale nella scienza spaziale.”

Con l’aiuto di AMIGO, Webb ha fornito immagini chiare e più nitide, catturando oggetti celesti oscuri con precisione.

Per testare l’efficacia di AMIGO, Charles ha condotto uno studio separato⁴, dove, usando la calibrazione migliorata, Webb ha prodotto immagini nitide dei vulcani sulla luna Io di Giove, di un getto di buco nero e dei venti pieni di polvere di WR 137.

“Questo lavoro porta la visione di JWST a una messa a fuoco ancora più nitida,” ha detto la Dott.ssa Desdoigts. “È incredibilmente gratificante vedere una soluzione software estendere la portata scientifica del telescopio — e sapere che è stato possibile senza mai lasciare il laboratorio.”

Investire nella tecnologia spaziale

Nel campo della tecnologia spaziale, Northrop Grumman (NOC ) è il nome leader, che è stato l’appaltatore principale per il James Webb Space Telescope.

Oltre ad aver contribuito alla costruzione di JWST, l’azienda ha sviluppato molte altre importanti tecnologie spaziali, inclusi il veicolo spaziale Cygnus, che è un veicolo di rifornimento cargo per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), il razzo Antares per le missioni Cygnus, il razzo Pegasus lanciato in aria, il Mission Extension Vehicle (MEV) per agganciare i satelliti e prolungarne la vita operativa, e HALO per il programma Artemis.

Essendo un’azienda di tecnologia aerospaziale e difesa, Northrop Grumman sviluppa anche sistemi di aeromobili militari, armi tattiche avanzate e soluzioni di difesa missilistica per agenzie governative statunitensi e clienti internazionali. Inoltre, fornisce sistemi di comando, controllo, comunicazioni e ricognizione.

Recentemente, l’azienda ha firmato un accordo con la startup AI Luminary Cloud per la progettazione accelerata di veicoli spaziali abilitata dall’IA.

La startup ha sviluppato un modello AI, alimentato da PhysicsNeMo di NVIDIA , per l’appaltatore della difesa per progettare e costruire nuovi veicoli spaziali più rapidamente. Con la partnership, gli ingegneri avranno accesso a questo strumento su misura chiamato Physics AI che può generare simulazioni ad alta fedeltà dei sottosistemi in pochi secondi, invece delle consuete 12 ore necessarie con le simulazioni di fluidodinamica computazionale per produrre una sola simulazione. È attualmente ottimizzato per progettare ugelli di propulsori per veicoli spaziali.

“Physics AI è il prossimo livello di complessità nell’IA, e Northrop Grumman sta portando questa tecnologia ai nostri ingegneri di progettazione per accelerare drasticamente lo sviluppo dell’hardware. Usare l’IA per creare qualcosa di piccolo, come un propulsore per veicoli spaziali, ci mette su una strada per fare cose molto più grandi, come usare l’IA per progettare componenti più grandi o persino un intero veicolo spaziale.”

– Han Park, vicepresidente dell’integrazione AI presso Northrop Grumman Space Systems

Per costruire modelli che possano generare nuovi progetti per prevedere il mondo fisico, la startup non ha usato i dati disponibili su internet ma piuttosto ha utilizzato le leggi della fisica per creare progetti di veicoli spaziali.

“Compensiamo la mancanza di dati con il fatto che non stiamo cercando di prevedere se quell’immagine o quel set di pixel sia un gatto, un cane o un elefante. Piuttosto, stiamo cercando di prevedere se il flusso d’aria si muove in un modo particolare che rispetta alcuni principi fisici.”

– ha detto il CTO di Luminary Cloud, Juan Alonso

Ora, per quanto riguarda le performance di mercato dell’azienda, al momento della stesura, la capitalizzazione di mercato di $85 miliardi delle azioni di Northrop Grumman è quotata intorno a $595, in crescita del 26,8% quest’anno. Poco prima di questo mese, le azioni NOC hanno raggiunto un massimo storico (ATH) a $640,90.

Per il terzo trimestre del 2025, l’azienda ha registrato un aumento del 4% delle vendite a $10,4 miliardi, spinto da vendite più elevate in tre segmenti: Mission Systems, Defense Systems e Aeronautics Systems. Il suo segmento Space Systems, che fornisce soluzioni missionarie end-to-end attraverso lo sviluppo di sistemi spaziali, difesa missilistica e di lancio, ha registrato vendite inferiori a causa della conclusione dei lavori su alcuni programmi spaziali. L’utile netto per il periodo è stato di $1,1 miliardi, o $7,67 per azione diluita.

“Il slancio che stiamo creando nella nostra attività ha guidato una forte performance nel terzo trimestre per raggiungere i nostri obiettivi finanziari di crescita a medio singolo-digitale, espandendo i margini di segmento e aumentando i flussi di cassa anno su anno.”

– CEO Kathy Warden.

Il flusso di cassa netto derivante dalle attività operative durante il periodo è aumentato di $466 milioni, che, combinato con minori spese in conto capitale, ha contribuito ad aumentare il flusso di cassa libero del 72% ($526 milioni). I suoi premi netti, nel frattempo, hanno totalizzato $12,2 miliardi, e il backlog ha totalizzato $91,4 miliardi.

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Northrop Grumman (NOC)

Conclusione

Man mano che la tecnologia avanza, aumenta anche la nostra capacità di scrutare più a fondo l’universo e migliorare la nostra comprensione di esso. Il James Webb Space Telescope ha svolto un ruolo chiave nel migliorare questa conoscenza.

Con l’ultima innovazione, i ricercatori stanno ora sostituendo missioni costose con codice, rendendo l’IA essenzialmente il meccanico degli strumenti spaziali. E mentre aziende come Northrop Grumman integrano anche l’IA nella prossima generazione di veicoli spaziali, la tecnologia ci permette di non solo raggiungere le stelle ma anche sostenere quell’esplorazione.

Clicca qui per un elenco delle principali azioni aerospaziali e di difesa.

Riferimenti

1. Gandolfi, G., Rodighiero, G., Castellano, M., Fontana, A., Santini, P., Dickinson, M., Finkelstein, S., Catone, M., Calabrò, A., Merlin, E., Pentericci, L., Bisigello, L., Grazian, A., Napolitano, L., Vulcani, B., Taylor, A. J., Arrabal Haro, P., Kirkpatrick, A., Backhaus, B. E., … Holwerda, B. W. (2025). Misteri di Capotauro — indagine sulla natura enigmatica di un estremo dropout F356W. Astronomy & Astrophysics. Advance online publication. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.01664
2. Sewiło, M., Rocha, W. R. M., van Gelder, M., Navarro, M. G., Charnley, S. B., Jin, M., Oliveira, J. M., van Loon, J. T., Francis, L., Wiseman, J., Indebetouw, R., Chen, C.–H. R., Hamedani Golshan, R., & Qasim, D. (2025). Protostelle a bassa metallicità subsolare: Prima rilevazione di grandi molecole organiche solide nello stato solido nella Grande Nube di Magellano. Astrophysical Journal Letters, 992(2), L30. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0ccd
3. Desdoigts, L., Pope, B., Charles, M., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Sivaramakrishnan, A., Kammerer, J., Thatte, D., & Cooper, R. (2025). AMIGO: una calibrazione dell’interferometro JWST. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.09806
4. Charles, M., Desdoigts, L., Pope, B., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Ford, K. E. S., McKernan, B., & Sivaramakrishnan, A. (2025). Ricostruzione dell’immagine con l’interferometro JWST. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.10924