Illustration d'un artiste montrant deux trous noirs en spirale, créant des ondes gravitationnelles dans l'espace-temps.
(Image: © NASA)
Un nouveau logiciel qui utilise l'intelligence artificielle peut aider à détecter et analyser rapidement les ondes gravitationnelles - ondulations dans le tissu cosmique de l'espace-temps - à partir d'événements catastrophiques tels que les collisions entre trous noirs, selon une nouvelle étude.
La nouvelle technique, appelée filtrage en profondeur, peut aider les chercheurs à voir les événements cataclysmiques que les logiciels actuels pourraient ne pas détecter, comme les fusions titanesques dans le cœur des galaxies, selon les auteurs d'un nouvel article décrivant le travail.
Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps. Ils sont générés lorsqu'un objet de masse se déplace, et ils voyagent à la vitesse de la lumière, étirant et serrant l'espace-temps en cours de route.
Les ondes gravitationnelles sont extrêmement difficiles à détecter, et celles que les scientifiques peuvent détecter proviennent d'objets exceptionnellement massifs. Bien que l'existence d'ondes gravitationnelles ait été prédite pour la première fois par Albert Einstein en 1916, il a fallu plus d'un siècle aux scientifiques pour détecter avec succès les premières preuves directes d'ondes gravitationnelles, en utilisant l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) pour repérer les conséquences gravitationnelles de deux trous noirs se brisant ensemble.
La découverte des ondes gravitationnelles a valu à trois scientifiques le prix Nobel de physique 2017 en octobre 2017. Depuis lors, les chercheurs ont également détecté des ondes gravitationnelles d'une paire d'étoiles mortes en collision appelées étoiles à neutrons - des découvertes qui auraient pu aider à résoudre le mystère vieux de plusieurs décennies de comment certains des éléments lourds de l'univers ont été créés.
Cependant, le logiciel qui analyse actuellement les signaux détectés par les observatoires des ondes gravitationnelles peut prendre plusieurs jours pour réduire le type d'événement qui pourrait avoir généré ces ondes gravitationnelles, a déclaré le co-auteur de l'étude Eliu Huerta à Space.com dans une interview.
De plus, ce logiciel est spécialisé pour détecter les fusions entre des objets qui se trouvent sur des orbites à peu près circulaires entre eux et relativement isolés de leur environnement, selon Huerta, astrophysicien théoricien à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, National Center for Supercomputing Applications. Le logiciel ne parviendra probablement pas à détecter les ondes gravitationnelles d'objets dans des zones où les étoiles sont densément regroupées, comme les noyaux des galaxies, où les forces gravitationnelles des étoiles proches peuvent déformer les orbites de circulaires à plus "excentriques" ou ovales, Huerta m'a dit.
Maintenant, les auteurs de l'étude suggèrent que les logiciels d'intelligence artificielle pourraient aider à accélérer considérablement l'analyse des ondes gravitationnelles, ainsi que "[activer] la détection de nouvelles classes de sources d'ondes gravitationnelles qui pourraient passer inaperçues avec les algorithmes de détection existants", Huerta a déclaré Space.com.
Le nouveau logiciel d'IA fait appel à des réseaux de neurones artificiels, dans lesquels des composants artificiels appelés «neurones» sont alimentés en données et coopèrent pour résoudre un problème, tel que la reconnaissance d'une image. Un réseau de neurones ajuste ensuite à plusieurs reprises les connexions entre ses neurones et voit si ces nouveaux modèles de connexion sont mieux à même de résoudre le problème. Au fil du temps, ce processus d'essais et d'erreurs révèle quels modèles sont les meilleurs dans les solutions informatiques, imitant le processus d'apprentissage dans le cerveau humain.
Alors que les techniques conventionnelles peuvent prendre plusieurs jours pour affiner les caractéristiques des événements gravitationnels à partir des données des détecteurs, les réseaux neuronaux de pointe appelés «réseaux neuronaux à convolution profonde» pourraient le faire en une seconde, ont découvert les scientifiques. De plus, alors que les méthodes conventionnelles nécessiteraient des milliers de processeurs (les unités centrales de traitement des ordinateurs) pour effectuer cette tâche, la nouvelle technique fonctionnait "même avec un seul processeur - c'est-à-dire avec votre smartphone ou un ordinateur portable standard", a déclaré Huerta.
De plus, les chercheurs ont découvert que cette nouvelle technique pouvait également analyser rapidement les fusions plus complexes que les logiciels actuels ne peuvent analyser, comme les fusions impliquant des trous noirs sur des orbites excentriques. Le nouveau logiciel avait également des taux d'erreur plus faibles et était meilleur pour repérer les problèmes dans les données.
Huerta et Daniel George, astrophysicien en informatique à l'Université de l'Illinois au Centre national pour les superordinateurs d'Urbana-Champaign, ont détaillé leurs résultats en ligne le 27 décembre dans la revue Physics Letters B.
