Publié le 2024-02-29. Des chercheurs internationaux s’apprêtent à révolutionner notre compréhension des trous noirs en créant les premières visualisations tridimensionnelles de ces phénomènes cosmiques, ouvrant une nouvelle ère dans l’astrophysique.
- Un projet ambitieux, baptisé ‘TomoGrav’, permettra de modéliser en 3D le plasma entourant les trous noirs et la déformation de l’espace-temps qu’ils provoquent.
- L’initiative, menée par l’Université Heriot-Watt d’Édimbourg, s’appuie sur l’expertise de l’astronome Kazunori Akiyama, figure clé des premières images de trous noirs obtenues en 2019 et 2022.
- L’intelligence artificielle jouera un rôle central dans la transformation des données télescopiques en films 3D haute résolution, avec des applications potentielles en médecine, notamment en imagerie par résonance magnétique (IRM).
Les photographies que nous avons pu admirer jusqu’à présent ne sont que des instantanés, des fragments d’une réalité bien plus dynamique. C’est cette dynamique que les scientifiques espèrent désormais capturer. « Nous cherchons à observer comment le plasma ‘danse’ autour du trou noir et comment la gravité extrême façonne tout ce qui l’entoure », explique Kazunori Akiyama, directeur scientifique du projet, dans une déclaration à l’agence EFE.
Le projet ‘TomoGrav’ s’appuie sur des algorithmes d’intelligence artificielle capables de traiter d’énormes volumes de données collectées par les télescopes et de les transformer en films tridimensionnels d’une résolution sans précédent. L’objectif, selon Yves Wiaux, responsable du laboratoire de traitement biomédical et astronomique de Heriot-Watt, 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 ». L’IA sera d’abord entraînée à partir de simulations pour assimiler les lois physiques régissant ces régions extrêmes, avant de pouvoir reconstruire des images et des séquences temporelles avec une grande rapidité.
Cette avancée intervient à un moment crucial. L’Event Horizon Telescope (EHT) lancera en 2026 sa première campagne dédiée à l’obtention d’une vidéo du trou noir M87*, dont la masse équivaut à 6 500 fois celle du Soleil. « Si nous effectuons des observations tous les trois ou quatre jours pendant plusieurs mois, nous pourrons obtenir les images nécessaires pour réaliser le premier film véritable d’un trou noir », précise Akiyama.
L’équipe se penchera également sur Sagitario A*, situé au centre de notre Voie lactée, un trou noir plus petit et moins actif que M87*. « Comprendre pourquoi certains trous noirs émettent des jets de plasma puissants et d’autres non est l’une des questions fondamentales de l’astrophysique », souligne Akiyama. « Grâce aux images 3D, nous pourrons étudier directement comment et où ces jets se forment. »
Les retombées de cette recherche ne se limiteront pas à l’astrophysique. La technologie développée pourrait avoir des applications directes en médecine, notamment dans le domaine de l’imagerie médicale. « 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 à partir d’une résonance magnétique », explique Wiaux. « Les scanners, tout comme les télescopes, ne captent qu’une information incomplète. Nos algorithmes permettront d’obtenir des images plus précises à partir d’explorations plus rapides : un meilleur diagnostic avec moins de temps passé dans le scanner », ajoute-t-il.
Les premiers prototypes ont déjà été validés, tant pour des images astronomiques que médicales, bien que pour l’instant en 2D. Kazunori Akiyama rejoindra l’Université Heriot-Watt depuis le MIT pour diriger le projet. L’université écossaise est reconnue mondialement pour son expertise en algorithmes d’imagerie et en intelligence artificielle avancée. « Cette collaboration réunit deux communautés de pointe : l’astronomie des trous noirs et le traitement informatique », conclut Akiyama.
Financé par un montant de quatre millions de livres sterling (plus de 4,5 millions d’euros) de la Royal Society, TomoGrav a trois objectifs principaux : créer les premières vidéos 3D du plasma autour des trous noirs, concevoir des technologies pour les futurs télescopes spatiaux et établir au Royaume-Uni un centre mondial à l’intersection de l’IA et de l’astrophysique.
« Il ne s’agit plus seulement de voir un trou noir, mais de comprendre comment il fonctionne », insiste Akiyama.