Des astronomes publient une image améliorée d'un trou noir : NPR

Nell Greenfield Boyce

Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques de trous noirs et d'apprentissage automatique pour générer une version révisée (à droite) de la célèbre première image d'un trou noir qui a été publiée en 2019 (à gauche). Medeiros et al 2023 masquer la légende

Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques de trous noirs et d'apprentissage automatique pour générer une version révisée (à droite) de la célèbre première image d'un trou noir qui a été publiée en 2019 (à gauche).

La première image emblématique d'un trou noir ressemblait à un beignet orange flou, mais maintenant cette image a été transformée en un anneau de feu, grâce aux simulations informatiques et à l'apprentissage automatique.

L'intérieur noir de cet anneau de gaz chauds est une zone d'étrangeté cosmique et d'une gravité si forte que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Il semble beaucoup plus grand et plus sombre dans l'image améliorée, selon un nouveau rapport publié dans The Astrophysical Journal Letters.

L'image montre le trou noir M87, un grand trou à environ 55 millions d'années-lumière qui serait 6,5 milliards de fois plus massif que le soleil. Il s'agit du trou noir qui a été observé en 2017 par un réseau de télescopes du monde entier connu sous le nom de Event Horizon Telescope, qui a agi ensemble comme un radiotélescope géant de la taille de la Terre.

Deux ans plus tard, en grande pompe, l'équipe internationale EHT a annoncé qu'elle avait produit la première image de M87. "Nous sommes très, très fiers et nous sommes vraiment enthousiasmés par cette image. J'ai vraiment participé à la création de cette image", déclare l'astrophysicienne Lia Medeiros de l'Institute for Advanced Study de Princeton, NJ.

Même ainsi, dit-elle, "nous allons toujours essayer de nous améliorer et d'essayer toujours d'avoir une image toujours meilleure".

L'idée d'un objet céleste avec une gravité si forte qu'il ne laisse pas échapper la lumière, la rendant invisible, existe depuis le 18ème siècle. Les astronomes savent désormais que des trous noirs peuvent se former lorsqu'une étoile mourante s'effondre sur elle-même. Bien que le trou noir lui-même ne puisse pas être vu, sa présence peut être déduite des effets de sa gravité sur son environnement.

Par exemple, le gaz, la poussière et les débris qui sont entraînés dans un trou noir tourbillonnent et se réchauffent en tombant vers l'intérieur, créant un contour autour de la bête invisible et insatiable. C'est ce que l'équipe EHT a pu capturer.

L'impression de cet artiste représente un trou noir supermassif en rotation rapide entouré d'un mince disque de matériau en rotation, les restes d'une étoile semblable au Soleil. ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann masquer la légende

Mais faire un portrait d'un trou noir avec un ensemble de télescopes, explique Medeiros, est très différent de prendre une photo avec un appareil photo ordinaire. "Nous ne prenons pas vraiment une photo dans le sens où, vous savez, il n'y a qu'un seul appareil photo qui fait un déclic", dit-elle.

Au lieu de cela, les chercheurs doivent faire face à des lacunes dans leurs données en faisant certaines hypothèses et en faisant une tonne de calculs.

Dans cette nouvelle version de l'image, les lacunes ont été comblées à l'aide de la physique - à savoir, des simulations informatiques de trous noirs - et de l'apprentissage automatique. Les chercheurs ont généré plus de 30 000 images simulées de trous noirs, couvrant un large éventail de possibilités, puis ont recherché des modèles communs dans ces images.

Les chercheurs ont utilisé des dizaines de milliers d'images générées par des simulations de trous noirs pour former leur programme d'apprentissage automatique. Crédit : Medeiros et al. 2023

"Ce que nous faisons vraiment, c'est que nous apprenons les corrélations entre les différentes parties de l'image. Et nous le faisons en analysant des dizaines de milliers d'images haute résolution créées à partir de simulations", explique Medeiros. "Si vous avez une image, les pixels proches d'un pixel donné ne sont pas complètement non corrélés. Ce n'est pas que chaque pixel fait des choses complètement indépendantes."

Apprendre les corrélations entre les bits des images les a aidés à mieux combler les lacunes créées par les données manquantes, dit-elle. Et la nouvelle image qui en résulte est cohérente avec l'ancienne, mais l'anneau de gaz chauds tourbillonnant autour du trou noir est nettement plus fin.

"Le fait que la largeur de l'anneau soit plus petite d'environ un facteur de deux est incroyablement excitant", déclare Medeiros.

C'est une révélation qui les aidera à comprendre ce qui se passe alors que la matière tourbillonne autour du trou noir et y tombe.

"Si nous avons plus de matière qui tombe dans le trou noir, cela créera un anneau plus épais. Et si nous avons une plus petite quantité de matière qui tombe, cela devrait créer un anneau plus fin, n'est-ce pas?" elle dit.

Jusqu'à présent, tout semble toujours conforme aux prédictions d'Albert Einstein. C'est également vrai pour le seul autre trou noir à avoir été imagé, celui au centre de la galaxie de la Voie lactée. Il a également été observé par ce consortium de recherche.

Medeiros pense que les améliorations continues des logiciels informatiques et du matériel des télescopes permettront d'affiner de plus en plus l'image du trou noir M87.

"Dans 20 ans, l'image ne sera peut-être plus celle que je vous montre aujourd'hui", dit-elle. "Ça pourrait être encore mieux."