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Cosmologie : une IA double le nombre de lentilles gravitationnelles connues

Un "anneau d'Einstein" photographié par Hubble. Crédits : Wikimedia Commons / ESA/Hubble & NASA

Un algorithme parcourant le dernier ensemble de données héritées de DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) a permis la découverte de 1 210 nouvelles lentilles gravitationnelles. Ces travaux doublent ainsi le nombre de ces phénomènes connus.

Grâce à la théorie générale de la relativité d’Einstein, nous savons qu’un objet massif (tel qu’une galaxie ou un amas de galaxies) peut déformer l’espace-temps. Cette déformation de l’espace-temps peut alors être observable sous la forme d’un étirement et d’une distorsion de la lumière émise par un objet situé en arrière-plan de cet intermédiaire massif (à condition bien sûr que la Terre soit dans la lignée de visée). Les images déformées des objets situés en arrière-plan sont alors grossies, apparaissant généralement sous forme d’arcs venant s’enrouler autour de l’objet intermédiaire.

Grâce à ces phénomènes dits de “lentilles gravitationnelles”, les chercheurs peuvent alors observer des cibles lointaines qui nous seraient autrement invisibles.

Toutefois, les astronomes estiment que seule une galaxie massive sur 10 000 peut nous offrir un phénomène de lentille gravitationnelle, et leur localisation n’est pas aisée. “Une galaxie massive déforme l’espace-temps autour d’elle, mais généralement vous ne remarquez pas cet effet. Ce n’est que lorsqu’un objet est niché directement derrière cette galaxie géante qu’il est possible de voir une lentille“, souligne en effet Xiaosheng Huang, de l’Université de San Francisco.

L’IA au service de la cosmologie

Il y a encore deux ans, seuls environ 300 de ces événements avaient été répertoriés. Et il y a encore quelques mois, on en dénombrait environ le double, ce qui est encore trop peu. Dans le but de multiplier les détections de ces phénomènes, Huang et son équipe se sont appuyés sur l’apprentissage automatique pour inspecter le dernier vaste ensemble de données de la DESI Legacy Imaging Surveys. Ces données ont été collectées à l’observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO) et à l’observatoire national de Kitt Peak (KPNO), tous deux pilotés par la National Science Foundation.

Pour analyser les données, Huang et son équipe ont utilisé le supercalculateur du National Energy Research Scientific Computer Center (NERSC) du Berkeley Lab. Ils se sont également appuyés sur un réseau neuronal résiduel profond, un algorithme de calcul spécialement formé pour reconnaître les objets visés. Et ces efforts ont payé ! Au terme de ces analyses, l’algorithme avait en effet isolé pas moins de 1 210 nouvelles lentilles.

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Exemples de lentilles gravitationnelles découvertes dans les données de DESI. Crédits : KPNO / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA / Legacy Imaging Survey CC BY 4.0

Grâce à ces nouvelles candidates, les chercheurs pourront effectuer de nouvelles mesures de paramètres cosmologiques. La clé sera de pouvoir détecter des supernovas lointaines “mises en avant” par des galaxies massives. En analysant la courbe de décroissance de leur luminosité, les chercheurs pourront déterminer leur distance, permettant ainsi de mieux appréhender la constante de Hubble qui décrit l’expansion de l’univers.