Image persistence flagging for SPHEREx

गहरे अंतरिक्ष के शांत, जमे हुए सन्नाटे में, दूरबीनें मानवता द्वारा निर्मित अब तक की सबसे संवेदनशील आँखें हैं, जो प्रारंभिक आकाशगंगाओं से आने वाली प्रकाश की मंद फुसफुसाहटों को पकड़ती हैं। इन दूरस्थ संकेतों को देखने के लिए, खगोलशास्त्री विशेष कैमरों पर भरोसा करते हैं जो उन सेंसरों से लैस होते हैं जो इन्फ्रारेड (अवरक्त) प्रकाश का पता लगा सकते हैं, जो मानव आँख के लिए अदृश्य एक प्रकार का विकिरण है लेकिन ब्रह्मांडीय इतिहास से समृद्ध है। हालाँकि, ये सेंसर पूर्ण नहीं हैं; उनकी एक स्मृति होती है। जिस तरह एक चमकदार रोशनी आपकी दृष्टि से हटने के बाद आपकी रेटिना पर एक स्थायी छवि छोड़ सकती है, ये संवेदनशील डिटेक्टर एक उज्ज्वल स्रोत के दृश्य से हट जाने के बहुत बाद भी उस उज्ज्वल स्रोत की एक छाया या 'भूत' को थामे रख सकते हैं। यह घटना, जिसे इमेज पर्सिस्टेंस (छवि स्थायली) या लेटेंट सिग्नल (सुप्त संकेत) के रूप में जाना जाता है, का अर्थ है कि एक पिक्सेल, जो अभी-अभी एक चमकीले तारे के प्रकाश से भर गया था, खाली और अंधेरे अंतरिक्ष को देखते समय भी एक मंद, क्षय होता हुआ संकेत दर्ज करता रह सकता है। पूरे आकाश का मानचित्रण करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक मिशन के लिए, यह मंडराता हुआ भूत पानी को गंदा कर सकता है, यानी नए चित्रों को पुराने संकेतों के साथ दूषित कर सकता है और ब्रह्मांड के वास्तविक बैकग्राउंड को सेंसर की अपनी जिद्दी स्मृति से अलग करना कठिन बना सकता है।

SPHEREx मिशन, जो पूरे आकाश का सर्वेक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक नियोजित अंतरिक्ष टेलीस्कोप है, इसी सटीक चुनौती का सामना कर रहा है। यह छह इन इन्फ्रारेड डिटेक्टर एरेज़ का उपयोग करके हजारों तस्वीरें लेगा क्योंकि अंतरिक्ष यान घूमता है और आकाश के एक हिस्से से दूसरे हिस्से की ओर बढ़ता है। मिशन के पीछे की टीम को एक तरीके की आवश्यकता थी जिससे वे जान सकें कि उनके चित्रों में कौन से पिक्सेल इस काल्पनिक संकेत से दूषित हो रहे हैं ताकि वे या तो इसके लिए सुधार कर सकें या उन्हें अविश्वसनीय के रूप में चिह्नित कर सकें। इसे हल करने के लिए, रोचेस्टर इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के शोधकर्ता कैंडिस फज़ारा और उनके सहयोगियों ने इन निरंतर संकेतों की भविष्यवाणी करने और उन्हें फ्लैग (चिह्नित) करने के लिए एक नई विधि विकसित की। उनके पास वास्तविक उड़ान कैमरों का डेटा अभी तक नहीं था, इसलिए उन्होंने एक टेस्ट डिटेक्टर, जो उन्हीं विशिष्टताओं के अनुसार बनाया गया एक अतिरिक्त यूनिट था, की ओर रुख किया ताकि यह देखा जा सके कि नियंत्रित परिस्थितियों में सेंसर कैसे व्यवहार करते हैं।

शोधकर्ताओं ने इस परीक्षण डिटेक्टर को प्रकाश की एक चमकीली, केंद्रित किरण से प्रकाशित किया, जो एक चमकीले तारे की तीव्र चमक का अनुकरण करती है, और फिर यह देखने के लिए प्रतीक्षा की कि प्रकाश बंद करने और सेंसर को रीसेट करने के बाद क्या होता है। उन्होंने देखा कि सेंसर केवल काला नहीं हुआ; इसके बजाय, इसने एक क्षय होता हुआ संकेत उत्पन्न किया जो समय के साथ धीरे-धीरे कम होता गया। इस संकेत के परिवर्तन का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि अवशेष चार्ज की मात्रा इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती थी कि मूल प्रकाश कितना चमकीला था और सेंसर को उसके संपर्क में कितनी देर रखा गया था। उन्होंने पाया कि उन पिक्सेल के लिए जो प्रकाश से अभिभूत नहीं हुए थे, लुप्त संकेत प्राप्त कुल प्रकाश की मात्रा के आधार पर एक अनुमानित तरीके से बढ़ता था। हालाँकि, सबसे तीव्रता से प्रकाशित पिक्सेल के लिए, व्यवहार अधिक जटिल हो गया, जिसमें कुछ पिक्सेल अन्य की तुलना में बहुत मजबूत संकेत को थामे रखते थे, जो संभवतः सेंसर सामग्री में सूक्ष्म खामियों के कारण था जो विद्युत आवेशों को रोक लेती हैं।

वास्तविक समय में मिशन के दौरान उपयोग किए जाने वाले उपकरण बनाने के लिए, टीम ने एक गणितीय मॉडल बनाया जो यह अनुमान लगा सकता है कि किसी भी दिए गए चित्र में कितना 'भूतिया' संकेत बचा रहेगा। उन्होंने अपने मॉडल का परीक्षण अपने प्रयोगात्मक डेटा के विरुद्ध किया और पाया कि जबकि एक सरल सूत्र सामान्य क्षय का वर्णन कर सकता है, यह कभी-कभी एक उज्ज्वल एक्सपोज़र के पहले कुछ मिनटों में संकेत को कम आंकता है। सुरक्षित रहने के लिए, उन्होंने अपने मॉडल को थोड़ा संशोधित किया ताकि वह लुप्त होते संकेत का अतिरंजित अनुमान लगा सके, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि संभावित रूप से दूषित होने वाला कोई भी पिक्सेल पकड़ा जाए। उन्होंने फिर इसे एक व्यावहारिक प्रणाली में अनुवादित किया: नियमों का एक सेट जिसका अंतरिक्ष यान का कंप्यूटर पालन कर सके। यह प्रणाली वर्तमान चित्र की चमक को देखती है, गणना करती है कि सेंसर की पिछली दृश्यों से कितनी "स्मृति" शेष होनी चाहिए, और किसी भी पिक्सेल को फ्लैग करती है जहाँ अनुमानित भूतिया संकेत इतना प्रबल है कि उसे अनदेखा नहीं किया जा सकता। उन्होंने सावधानी के दो स्तर निर्धारित किए: एक निम्न सीमा जो संकेत के सूक्ष्म अंशों को भी पकड़ सके, और एक उच्च सीमा जो केवल सबसे स्पष्ट संदूषण को पकड़े।

यह देखने के लिए कि क्या यह प्रणाली वास्तविक दुनिया में काम करेगी, टीम ने SPHEREx मिशन के एक आभासी संस्करण का उपयोग करके कंप्यूटर सिमुलेशन चलाए। उन्होंने मॉडल को दो दिनों के सिम्युलेटेड आकाश अवलोकन की एक श्रृंखला दी, जिसमें चमकीले तारों और ज़ोडियाकल लाइट (वृषभ प्रकाश) की मंद चमक शामिल थी। सिमुलेशन ने दिखाया कि मॉडल ने इच्छानुसार काम किया, सफलतापूर्वक भविष्यवाणी की कि कौन से पिक्सेल प्रभावित होंगे। परिणामों ने संकेत दिया कि एक उज्ज्वल एक्सपोज़र के बाद, लगभग दो प्रतिशत पिक्सेल का एक छोटा लेकिन स्थिर हिस्सा, एक महत्वपूर्ण समय के लिए दूषित भूतिया संकेत के रूप में फ्लैग किया जाएगा। इससे भी अधिक उल्लेखनीय रूप से, सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि डिटेक्टर का एक बहुत बड़ा हिस्सा हमेशा सबसे सूक्ष्म बैकग्राउंड शोर से ऊपर एक छोटा, लुप्त होता संकेत रखेगा, जिससे निरंतरता का एक प्रकार का "फ्लोर" (आधार) बन जाएगा जो कभी पूरी तरह से गायब नहीं होता।

यह कार्य मिशन टीम को एक महत्वपूर्ण सुरक्षा जाल प्रदान करता है। इस मॉडल का उपयोग करके, SPHEREx टीम उन पिक्सेल की पहचान और अंकन कर सकती है जो अविश्वसनीय होने की संभावना रखते हैं, जिससे वैज्ञानिकों को या तो डेटा को ठीक करने या उन विशिष्ट स्थानों को अपने अंतिम मानचित्रों से बाहर निकालने की अनुमति मिलती है। हालांकि मॉडल एक परीक्षण डिटेक्टर का उपयोग करके बनाया गया था और सिमुलेशन पर निर्भर है, यह सेंसर की अपरिहार्य स्मृति को संभालने का एक मजबूत तरीका प्रदान करता है। शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि वास्तविक उड़ान कैमरों का व्यवहार थोड़ा भिन्न हो सकता है, और वे एक बार मिशन लॉन्च होने और जब वे अंतरिक्ष में वास्तविक डिटेक्टरों को माप सकें, तो अपने मॉडल को परिष्कृत करने की योजना बना रहे हैं। फिलहाल, उन्होंने एक स्पष्ट मार्ग स्थापित किया है, यह सुनिश्चित करते हुए कि एक चमकीले तारे का भूत उस मंद, प्राचीन प्रकाश को बाधित न करे जिसे खोजने के लिए SPHEREx बनाया गया है।