astrophysique par IA

L'image d'une galaxie lointaine prise depuis la Terre ressemble à une vue à travers un verre dépoli : l'atmosphère estompe les détails, et la structure interne reste cachée.

Un télescope observe une étoile pendant de nombreuses nuits consécutives. Quelque part dans le flux de lumière se cache une infime baisse de luminosité : une planète de la taille de la Terre a momentanément occulté une partie de l'étoile. Une telle baisse dure quelques heures et ne se répète qu'une fois par an ou moins.

Les météorologues ont déjà pris l'habitude de faire confiance aux réseaux de neurones : le modèle GraphCast prédit la météo terrestre plusieurs jours à l'avance en s'appuyant sur des images globales de l'atmosphère. Mais ce « cerveau » peut être transplanté sur une autre planète — là où l'air est raréfié et où le soleil chauffe différemment.

La galaxie NGC 4254 se trouve à un million et demi d'années-lumière du centre de l'amas de la Vierge. Elle traîne derrière elle un long filament d'hydrogène en refroidissement – signe qu'elle s'engouffre à pleine vitesse dans le gaz surchauffé.

Quatre faibles traits sur l’image — tout ce que voit l’astronome. Ainsi, un sculpteur restaure la forme d’un verre invisible à partir de quatre ombres.

En assemblant le puzzle de l'Univers, les astronomes ont l'habitude que chaque nouvelle pièce s'emboîte parfaitement dans le tableau déjà constitué. Mais parfois, ils tombent sur des morceaux qui semblent découpés dans un autre jeu. Vingt mille noyau actif de galaxie — et onze pour cent d'entre eux, le réseau de neurones les rejette résolument comme étrangers.

Un artiste fait un croquis rapide au fusain – et le visage sur le portrait est déjà reconnaissable. Les astrophysiciens résolvent un problème similaire : le spectre d'une étoile est son portrait individuel, révélant température, composition, gravité.

Le Soleil trace continuellement des gribouillis de champs magnétiques à sa surface. Ces motifs ne sont pas de simples ondulations, mais une écriture dans laquelle la nature a crypté des avertissements d'éruptions.

Un réseau électrique vivant ressemble à un organisme : les lignes à haute tension sont les vaisseaux, le courant est le sang. Les données, elles, sont les influx nerveux qui se perdaient autrefois. mAIEnergy connecte ces « nerfs » à un « cerveau » commun.

Le microscope électronique est un orgue géant : au lieu des tuyaux, des lentilles électromagnétiques ; au lieu de l'air, un flux d'électrons accélérés. Autrefois, il ne faisait que dessiner des fresques muettes du monde atomique, condamnant les scientifiques à un déchiffrage épuisant.

Le ciel gamma, immortalisé par le télescope Fermi, est une symphonie grandiose de milliers de sources. On y trouve les pulsations rythmiques des pulsars, les accords puissants des noyaux actifs de galaxie, mais surtout des objets non identifiés dont la partition reste une énigme.

Pendant des décennies, la radioastronomie a écouté l'espace, espérant capter des émissions radio à bande étroite — la « voix » technogénique d'exoplanètes lointaines.

En 1960, le radiotélescope « Tatel » a écouté pendant des semaines le vide autour des étoiles Tau Ceti et Epsilon Eridani. Le projet Ozma cherchait technosignatures — des traces de l'activité d'une autre intelligence.

3I/ATLAS a fait irruption dans le système solaire comme un invité surprise, un cadeau du destin pour les chasseurs d'intelligence extraterrestre. Ce vagabond comète venu des profondeurs de la Galaxie est passé assez près pour être écouté dans les moindres détails, contrairement aux lointaines exoplanètes.

Près d'un siècle après que Fritz Zwicky a soupçonné quelque chose d'anormal dans le mouvement des galaxies de l'amas de la Chevelure de Bérénice, et que Vera Rubin a mesuré les vitesses stellaires dans les bras spiraux, la nature de la matière noire reste l'une des énigmes les plus lancinantes.

Les éruptions solaires sont de puissantes explosions sur le soleil, capables de mettre hors service des satellites et de priver des villes entières d'électricité. Leur prédiction est compliquée par l'enchevêtrement des champs magnétiques dans les taches solaires.

Les cristaux de pérovskite captent la lumière du soleil presque comme le silicium, mais ils coûtent trois fois rien. Leur problème, c'est une fragilité innée : la chaleur et l'eau ordinaire de l'air les rendent « malades ».

L'expansion de l'univers s'accélère, et il se pourrait que la gravité ne fonctionne pas comme nous le croyons. Les physiciens élaborent des théories alternatives, mais pour les vérifier, il faut calculer comment les ondulations primordiales après le Big Bang ont donné naissance aux galaxies.

Un essaim de miroirs et d'antennes enveloppe un trou noir comme des abeilles autour de leur ruche. Mais au lieu du miel, cette structure collecte une énergie suffisante pour faire fonctionner une conscience de la taille d'une galaxie.

Imaginez une pièce minuscule cachée dans un coffre-fort parfait, mais dont les parois sont si fines que la pièce passe parfois à travers, laissant un son à peine perceptible. Les axions sont comme ces pièces, sauf qu'au lieu du métal, ce sont des particules, et au lieu du coffre, c'est la matière ordinaire.

Les astronomes repèrent parfois des objets interstellaires – des blocs de roche ou des comètes venus d'autres systèmes stellaires. La plupart semblent banals, mais certains intriguent par leur forme, leur vitesse ou leur éclat.

Un laser frappe un échantillon de roche provenant d'une autre planète. La pierre se vaporise, et l'instrument capture les particules qui s'envolent et les trie par poids.

Si vous jetez une poignée de paillettes dans une rivière, certaines suivront le courant, d'autres tournoieront dans de petits remous. Les galaxies de l'Univers font de même : elles ne s'éloignent pas seulement à cause de l'expansion, elles tourbillonnent aussi dans des flux géants, comme des copeaux de bois dans des tourbillons invisibles.

Si l'on photographie la même montagne avec un appareil argentique et un smartphone moderne, on obtient des images différentes : ici les couleurs sont plus vives, là les détails sont flous.

Le médecin fixe une tache gris-blanc sur l'écran. C'est le visage d'un enfant pas encore né. Une ombre au bon endroit, et l'on peut préparer l'opération à temps. Mais cette ombre n'est pas visible pour tous : la fente labiale ou palatine est rare, et un jeune spécialiste peut passer des années sans jamais en voir une.

Le ciel nocturne sur une image de télescope ressemble à une photo prise à travers une vitre embuée : les étoiles brillantes sont visibles, mais tout ce qui est faible se noie dans un voile trouble.

Pendant six ans, le télescope HARPS-N, sur l'île de La Palma, a observé le Soleil comme s'il s'agissait d'une étoile lointaine : il a enregistré des spectres, suivi la luminosité, noté chaque frémissement des raies spectrales. Tout cela pour comprendre comment distinguer le faible balancement d'une étoile du véritable signal d'une planète.

La lumière d'une étoile lointaine, après avoir traversé l'air et les lentilles du télescope, perd de sa netteté — comme si l'on regardait un lampadaire à travers une vitre mouillée. Les astronomes appellent ce flou « l'empreinte digitale » du télescope : chaque instrument a la sienne, et il faut la connaître dans les moindres détails.

Un programmeur écrit du code, l'exécute, voit l'erreur et corrige. Désormais, ce processus peut être confié au programme lui-même. L'apprentissage profond en imagerie médicale sait déjà améliorer des algorithmes, mais il exige généralement beaucoup de données et d'exemples prêts à l'emploi.

Les vieilles chroniques chinoises regorgent de notes sur le temps : « au troisième mois, pas une goutte de pluie », « la rivière a débordé ». Mais ce sont des mots, pas des chiffres. Jusqu'ici, les traduire en données précises sur les précipitations relevait presque de l'impossible. La nouvelle approche agit comme un traducteur entre la langue des chroniques et celle de la climatologie.

Des milliers d'univers sont nés dans un ordinateur pour, un jour, parler du nôtre. Chacun avec ses amas de galaxies, disposés selon les lois de la gravitation, comme des petits pois dans un bocal secoué avec plus ou moins de force. La façon dont les petits pois se répartissent permet de deviner quelle main a secoué le bocal.

Une étoile tremble comme une cloche après un coup. Ces tremblements — de minuscules variations de luminosité et de surface — peuvent être captés par un télescope. En analysant les fréquences de ces « notes stellaires », les astronomes déduisent ce qui se passe à l'intérieur : l'âge de l'étoile, sa structure.

Le télescope James Webb a recueilli des milliers de spectres de galaxies lointaines — des empreintes colorées de leur lumière. Pour ne pas se noyer dans cette diversité, les astronomes ont confié à un programme le soin de trier les trouvailles.

Dès le XVIIIe siècle, William Herschel cherchait la vie sur Mars. Aujourd'hui, les astronomes ne visent plus les planètes mais les artefacts — par exemple, des sondes extraterrestres cachées dans le système solaire. Le problème : repérer un objet minuscule à côté du Soleil éblouissant est presque impossible.

Trois branches de la physique — la cosmologie, la physique des particules et la physique nucléaire — ont longtemps fonctionné comme des rives isolées.

Le télescope ASKAP collecte en une seule nuit des données sur des millions de sources radio. Les algorithmes automatiques reconnaissent avec assurance les points compacts, mais butent sur les structures étendues avec leurs jets, ponts et bulles.

En octobre 2017, le télescope Pan-STARRS à Hawaï a repéré un objet qui se déplaçait trop vite pour appartenir au système solaire. C'était 1I/Oumuamua, le premier visiteur interstellaire jamais observé par les astronomes. Depuis, deux autres ont suivi : la comète 2I/Borisov et l'objet 3I/ATLAS.

Toutes les quelques heures, depuis le désert de Mojave, près de Madrid et de Canberra, d'étroits faisceaux d'ondes radio partent vers le ciel. C'est le Deep Space Network de la NASA, trois complexes d'antennes qui maintiennent le contact avec les sondes à travers tout le système solaire.