Édimbourg, Écosse – Des chercheurs écossais s’apprêtent à révolutionner notre compréhension des trous noirs en développant les premiers films en trois dimensions de ces phénomènes cosmiques, grâce à une combinaison inédite d’intelligence artificielle et de données astronomiques.
- Un projet de 4,5 millions d’euros financé par la Royal Society permettra de visualiser la dynamique du plasma autour des trous noirs et la déformation de l’espace-temps.
- L’astronome Kazunori Akiyama, figure clé de la première imagerie d’un trou noir, dirigera l’équipe basée à l’Université Heriot-Watt d’Édimbourg.
- Cette avancée technologique pourrait également avoir des applications concrètes dans le domaine médical, notamment en imagerie par résonance magnétique (IRM).
L’équipe internationale, regroupant des experts en astrophysique et en intelligence artificielle, ambitionne de créer des reconstitutions 3D haute résolution de l’environnement complexe entourant les trous noirs. Le projet, baptisé « TomoGrav », s’appuie sur des algorithmes d’IA capables de transformer d’énormes volumes de données collectées par les télescopes en séquences visuelles immersives.
« Les photographies que nous avons obtenues jusqu’à présent ne sont que des instantanés, des fragments de la réalité. Nous voulons maintenant observer la dynamique, la façon dont le plasma « danse » autour du trou noir et comment l’extrême gravité façonne tout ce qui l’entoure », explique l’astronome Kazunori Akiyama, qui a joué un rôle déterminant dans l’obtention des premières images d’un trou noir en 2019 et 2022 grâce à l’Event Horizon Telescope (EHT).
Le développement de ces algorithmes sophistiqués est au cœur du projet. Yves Wiaux, responsable du laboratoire de traitement biomédical et astronomique de Heriot-Watt, précise :
« L’objectif est de développer les algorithmes les plus avancés possibles, capables de convertir des données incomplètes en reconstructions précises de l’environnement d’un trou noir. »
Yves Wiaux, responsable du laboratoire de traitement biomédical et astronomique Heriot-Watt
L’IA sera initialement entraînée à partir de simulations pour assimiler les lois physiques régissant ces régions extrêmes, avant d’être appliquée aux données réelles.
Ce projet intervient à un moment crucial. En 2026, l’EHT lancera sa première campagne d’observation spécifiquement dédiée à la réalisation d’une vidéo du trou noir M87*, dont la masse équivaut à 6,5 milliards de soleils. Akiyama estime qu’en collectant des images à intervalles réguliers de trois ou quatre jours pendant plusieurs mois, il sera possible de créer le premier véritable film d’un trou noir.
L’équipe se penchera également sur l’étude de Sagittaire A*, un trou noir plus petit et moins actif situé au centre de notre Voie Lactée. Comprendre les différences de comportement entre ces deux objets célestes est une question fondamentale en astrophysique.
« Comprendre pourquoi certains trous noirs émettent de puissants jets de plasma et d’autres non est l’une des questions fondamentales en astrophysique. Grâce aux images 3D, nous pourrons étudier directement comment et où ces jets sont générés. »
Kazunori Akiyama, astronome
Au-delà de l’astrophysique, les retombées de TomoGrav pourraient être significatives dans le domaine médical. Wiaux souligne les similitudes mathématiques entre la reconstruction d’un film 3D d’un trou noir et la reconstruction d’une image du cœur par IRM :
« D’un point de vue mathématique, reconstruire un film 3D d’un trou noir n’est pas si différent de reconstruire une image du cœur avec une IRM. Les scanners, comme les télescopes, ne capturent que des informations incomplètes. Nos algorithmes permettront d’obtenir des images plus précises à partir d’analyses plus rapides – un meilleur diagnostic avec moins de temps passé dans le scanner. »
Yves Wiaux, responsable du laboratoire de traitement biomédical et astronomique Heriot-Watt
Des prototypes initiaux ont déjà été validés avec succès sur des images astronomiques et médicales, bien que pour l’instant en 2D.
Kazunori Akiyama quittera le Massachusetts Institute of Technology (MIT) pour s’installer à Édimbourg et prendre la direction du projet. Heriot-Watt est reconnue mondialement pour son expertise en algorithmes d’imagerie et en intelligence artificielle avancée. Akiyama insiste sur la synergie entre ces deux domaines :
« Cette collaboration unit deux communautés de premier plan : l’astronomie des trous noirs et le traitement informatique. »
Kazunori Akiyama, astronome
Le projet TomoGrav, financé par un investissement de quatre millions de livres sterling (plus de 4,5 millions d’euros) de la Royal Society, a trois objectifs principaux : créer les premiers films 3D du plasma entourant les trous noirs, concevoir des technologies pour les futurs télescopes spatiaux et établir un centre d’excellence mondial à l’intersection de l’IA et de l’astrophysique au Royaume-Uni. Pour Akiyama, il ne s’agit plus seulement d’observer un trou noir, mais de comprendre son fonctionnement.