cartographie galactique par réseau de neurones

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 rayon de lumière passant près d'un corps massif le contourne, comme un coureur contourne le virage d'un stade. Pour une étoile à neutrons, cet angle de déviation est généralement considéré comme identique à celui d'une masse ponctuelle.

L'interprète sursaute au moindre bruit dans la salle — et une réunion d'une heure s'étire sur deux. Une étoile à neutrons comprime la masse du Soleil dans une sphère de la taille d'une ville, et la matière en son cœur est plus dense que le noyau atomique. Les physiciens ne peuvent pas vérifier sa structure en laboratoire : la pression requise est impossible à créer.

La matière noire est l'armature invisible de l'Univers. Elle existe, c'est évident d'après le mouvement des étoiles et des galaxies, mais de quoi est faite cette armature, on l'ignore encore. Une hypothèse : des particules ultralégères, semblables aux axions.

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.

Dans les premiers instants de sa vie, l'Univers ressemblait à un chaudron bouillonnant. La matière n'était pas répartie uniformément — des amas et des vides s'y formaient, et leur mouvement tumultueux faisait vibrer l'espace lui-même : ondes gravitationnelles.

Dans la galaxie NGC 1052 DF2, les étoiles se déplacent à seulement 8 kilomètres par seconde — comme si aucune masse invisible n'était présente. Pour comparaison, dans notre Voie lactée, les étoiles périphériques atteignent 200 kilomètres par seconde, retenues par un halo massif de matière noire.

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.

Le cosmos ressemble à un tissu de soie dont les fils de la toile sombre émergent. Les véritables toiles, nous ne les voyons qu'en minuscules lambeaux — à travers les télescopes, dans les catalogues réels de galaxie.

Huit points brillants dans le ciel radio. C'est le même quasar HS 0810+2554, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle — une galaxie massive au premier plan.

À neuf heures du matin, le détecteur DarkSide-50, à 1400 mètres sous le mont Gran Sasso, enregistre une faible impulsion d'ionisation. Vers onze heures du soir, la fréquence de tels événements diminue nettement.

La température au centre d'un amas de galaxies atteint cent millions de degrés. Ces systèmes, les plus grands liés gravitationnellement, sont des laboratoires naturels où la nature cache 85% de sa masse dans la matière noire invisible.

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.

Plongez votre regard dans le ciel nocturne : ce n'est pas un semis d'étoiles, mais un manuscrit à plusieurs couches. Sous l'encre brillante des étoiles et des galaxies transparaît un texte pâle, presque effacé.

Le modèle standard de la cosmologie, qui s'appuie sur les équations d'Einstein proposées par Albert Einstein, décrit l'Univers comme un cocktail de matière noire (découverte grâce à Vera Rubin) et d'énergie noire dans…

Les amas de galaxies sont les plus grands ensembles gravitationnels de l'Univers. Dans la lueur des rayons X, produite par le plasma chaud, se cache l'histoire de l'expansion de l'univers, de la matière noire invisible et de la mystérieuse énergie noire.

Imaginez qu'un éditeur de photos ordinaire sache détourer des objets sur une image, tandis que le réseau de neurones ZooBot:3D traite les galaxies lointaines comme un cartographe qui dresse la carte d'une terre inconnue.

À travers les ondulations de l'eau, les galets au fond d'une piscine semblent décalés et déformés. De la même manière, la gravité de la matière noire invisible courbe la lumière des galaxies lointaines — un phénomène appelé lentille gravitationnelle faible.

Une boule duveteuse de toile invisible enveloppe un trou noir. Cette toile, c'est la matière noire, qui n'émet pas de lumière mais dont le poids guide le mouvement des étoiles aux confins des galaxies.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, l'effondrement du cœur peut donner naissance à une supernova et à une étoile à neutrons, mais si la masse est suffisante, rien n'arrête la contraction — un trou noir naît.

Le bras d'une rivière d'étoiles contourne le centre d'une galaxie lointaine, telle une bande lumineuse sur une monture invisible. Cette monture, c'est le halo sombre : un immense nuage de matière noire invisible qui, par son attraction, retient les étoiles et le gaz.

La matière noire est invisible, mais sa gravité régit le mouvement des galaxies. De quoi est-elle composée ? C'est une énigme. Une idée : ce sont des particules ultra-légères, semblables aux axions.

L'Univers regorge de matière invisible — la matière noire. On ressent son attraction, mais de quoi est-elle faite ? Peut-être un océan de particules ultra-légères, si légères qu'elles se comportent davantage comme des vagues que comme des particules.

Lorsque des trous noirs ou des étoiles à neutrons fusionnent, ils font vibrer l'espace, émettant des ondes gravitationnelles — un gazouillis prédit par Albert Einstein. Des détecteurs comme LIGO capturent cette sonnerie cosmique, dont la hauteur encode les masses.

L'Univers ressemble à une éponge géante : de brillants filaments de galaxies enlacent d'immenses vides sombres. À l'intérieur de ces filaments et de ces murs se cachent des amas de matière noire invisible — les halos.

Étudier la naissance des galaxies nécessite de simuler des milliards d'années de croissance de la matière noire et de formation d'étoiles — même les superordinateurs s'y attellent lentement.

Dans une cuisine, il y a un seau d'eau et un seau identique rempli de sable. On verse le sable dans l'eau — et on obtient un mélange où le sable est exactement cinq fois plus abondant que l'eau.

Une casserole où mijote un potage à trois ingrédients. Le cuisinier ajuste les proportions en cours de route, et on suit cela grâce à la position d'un point sur une échelle triangulaire. C'est à peu près ainsi que les physiciens démêlent les neutrinos issus d'une explosion de supernova.

L'Univers est une toile immense faite de matière noire invisible et de galaxies, tendue par l'expansion de l'espace. Les neutrinos, ces particules fantômes presque insaisissables, s'accrochent à peine aux fils, mais leur masse totale modifie imperceptiblement la tension de tout le réseau.

La lumière d'une galaxie lointaine voyage vers nous pendant des milliards d'années, et en chemin, sa trajectoire est légèrement courbée — c'est ainsi que se manifeste la masse invisible appelée matière noire. Cette courbure étire ou compresse légèrement l'image de la galaxie, comme un reflet dans un verre irrégulier.

Une galaxie ressemble à un manège géant : les étoiles et le gaz tournent autour du centre, et la vitesse de leur mouvement révèle la quantité totale de matière dans ce manège. Si nous ne voyions que la matière lumineuse, les parties externes tourneraient plus lentement que ne le montrent les observations.

Les images de galaxies lointaines sont parsemées d'arcs et de taches incurvés : c'est la lumière qui a été déformée en chemin vers nous. Cet effet, prédit par Albert Einstein, agit comme un miroir déformant géant : un amas de galaxies massif déforme les images des sources en arrière-plan.

Dans les profondeurs sombres du cosmos se cache une matière invisible. Elle n'émet pas de lumière, mais son attraction maintient les galaxies ensemble. On suppose généralement que la matière noire obéit aux mêmes lois de la gravité que les tables et les chaises.

Au centre de notre Galaxie se trouve un trou noir supermassif autour duquel gravitent des étoiles. Leur mouvement évoque une ronde : certaines filent sur des orbites allongées, d'autres sur des orbites presque circulaires.

Une galaxie n'est pas qu'un simple semis d'étoiles. Au centre de beaucoup d'entre elles brûle quelque chose de plus brillant que des milliards de soleils : un gaz surchauffé qui tombe dans un trou noir.

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 matière noire est comme une colle invisible qui maintient les galaxies ensemble. Elle n'émet pas de lumière, mais si ses particules entrent en collision, un éclair de rayonnement gamma peut se produire.

Le champ magnétique terrestre ressemble à une rivière invisible qui serpente sous nos pieds. Les navigateurs et les géologues consultent les cartes de cette rivière, mais les instruments ne prennent des mesures qu'en des points isolés, laissant des zones blanches entre eux. Les combler, c'est un peu comme dessiner le lit d'une rivière à partir de quelques cailloux trouvés sur la berge.

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.

Les corps supermassifs courbent l'espace, se transformant en lentille qui dévie la lumière des objets lointains. Cette courbure de l'espace-temps permet aux astronomes d'apercevoir l'invisible. Récemment, cette méthode a aidé à détecter un bloc caché d'une masse d'un million de soleils.