Les trous noirs sont des objets célestes particuliers tellement denses qu’ils piègent même la lumière tombant dans leur puits gravitationnel infini. Mais en fonction de ce qui se trouve autour d’eux, les trous noirs peuvent être observés malgré tout, par les déformations de l’espace-temps qu’ils provoquent, par l’absorption de matière à proximité et par le rayonnement Hawking.
Souvent lovés au centre des galaxies qu’ils animent, les trous noirs font l’objet d’observations accrues maintenant que leur fonctionnement est un peu mieux compris, à défaut d’en percer tous les secrets (sont-ils des portes vers d’autres univers ?).
La photo du trou noir de la galaxie M87 (Messier 87) avait fait l’objet d’une diffusion en 2019. Reconstitué à partir d’observations réalisées en 2017 par le dispositif Event Horizon Telescope (EHT), un ensemble de plusieurs radiotélescopes terrestres synchronisés, le cliché montre un cercle orangé entourant une masse sombre, le tout restant assez flou.
L’IA pour améliorer la résolution
Il faut dire qu’il est situé à 55 millions d’années-lumière mais il fait partie des trous noirs massifs avec une masse estimée à 6,5 milliards de fois celle du Soleil. L’image du trou noir M87 a depuis fait l’objet d’un traitement par intelligence artificielle pour en améliorer la lisibilité.
L’image de M87* de l’EHT, la modélisation avec Primo, la synthèse
Credit : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acc32d
L’IA a été entraînée par machine learning sur des modèles et images de trous noirs et selon une technique baptisée PRIMO (Principal-component Interferometric Modeling) poussant la résolution de l’EHT à son potentiel maximum.
Cela aboutit à une image dont les « défauts » dans l’observation de l’ETH ont été comblés par l’IA entraînée sur 30 000 images haute résolution de trous noirs, et montrant toujours un cercle orangé mais beaucoup plus fin (et toujours légèrement dissymétrique) autour d’une boule noire mieux définie.
Nouvel outil pour affiner les observations
Le cercle lumineux est constitué de gaz accéléré à des vitesses proches de celle de lumière à mesure qu’il approche des limites du trou noir avant d’y être englouti au-delà de son horizon.
L’image retraitée de M87* va permettre d’affiner la comparaison entre la théorie et les observations du trou noir, réduisant les marges d’erreur des calculs et permettant une meilleure compéhension du phénomène.
La technique PRIMO pourra être appliquée (avec plus ou moins de succès, cela fonctionne moins bien avec Sagittarius A*, au centre de la Voie Lactée) à d’autres observations de l’ETH, constituant un véritable booster pour sa résolution.