Comment prendre un trou noir en photo
-
0:01 - 0:03Dans le film « Interstellar »,
-
0:03 - 0:07nous voyons de très près
un trou noir supermassif. -
0:07 - 0:09Sur un fond de gaz vif,
-
0:09 - 0:11la force gravitationnelle
massive du trou noir -
0:11 - 0:12courbe la lumière en un cercle.
-
0:12 - 0:15Ce n'est cependant pas une vraie photo,
-
0:15 - 0:16mais un rendu
graphique par ordinateur — -
0:16 - 0:20une interprétation
artistique d'un trou noir. -
0:20 - 0:22Il y a 100 ans,
-
0:22 - 0:25Albert Einstein a publié
sa théorie de la relativité générale. -
0:25 - 0:27Au cours des années suivantes,
-
0:27 - 0:30beaucoup de preuves qui appuient
cette théorie ont été fournies. -
0:30 - 0:33Mais les trous noirs, un élément
prédit dans cette théorie, -
0:33 - 0:35n'ont toujours pas été
observés directement. -
0:35 - 0:38Même si nous avons une idée
de ce à quoi un trou noir ressemble, -
0:38 - 0:41nous n'en avons jamais photographié.
-
0:41 - 0:45Toutefois, vous serez surpris d'apprendre
que ça pourrait bientôt changer. -
0:45 - 0:50Nous verrons peut-être la première photo
d'un trou noir d'ici quelques années. -
0:50 - 0:54Prendre cette première photo dépendra
d'une équipe scientifique internationale, -
0:54 - 0:55d'un télescope de la taille de la Terre,
-
0:55 - 0:58et d'un algorithme
qui assemble l'image finale. -
0:58 - 1:02Bien que je ne puisse pas vous montrer
une vraie image d'un trou noir, -
1:02 - 1:05j'aimerais vous esquisser
un aperçu de l'effort nécessaire -
1:05 - 1:06pour prendre cette photo.
-
1:07 - 1:09Je m'appelle Katie Bouman,
-
1:09 - 1:12et je suis doctorante au MIT.
-
1:12 - 1:14Je fais de la recherche
dans un labo informatique -
1:14 - 1:17dédié à l'interprétation d'images
et vidéos par les ordinateurs. -
1:17 - 1:19Bien que je ne sois pas une astronome,
-
1:19 - 1:20j'aimerais vous montrer
-
1:20 - 1:23comment j'ai pu contribuer
à ce projet fascinant. -
1:23 - 1:26Si vous vous éloignez
des vives lumières de la ville, -
1:26 - 1:29vous aurez peut-être la chance
de voir une vue spectaculaire -
1:29 - 1:30de la Voie Lactée.
-
1:30 - 1:33Si vous pouviez zoomer
sur les millions d'étoiles, -
1:33 - 1:3626 000 années-lumière vers le cœur
de la spirale de la Voie Lactée, -
1:36 - 1:40nous atteindrions
un amas d'étoiles au centre. -
1:40 - 1:43Scrutant au-delà de la poussière
galactique avec des télescopes infrarouges, -
1:43 - 1:47les astronomes observent
ces étoiles depuis plus de 16 ans. -
1:47 - 1:51Mais c'est ce qu'ils ne voient pas
qui est le plus spectaculaire. -
1:51 - 1:54Ces étoiles ont l'air de graviter
autour d'un objet invisible. -
1:54 - 1:56En suivant les parcours de ces étoiles,
-
1:56 - 1:57les astronomes ont conclu
-
1:57 - 2:01que la seule chose suffisamment petite
et lourde pour causer ce mouvement -
2:01 - 2:03est un trou noir supermassif —
-
2:03 - 2:07un objet si dense qu'il aspire
tout ce qui s'aventure trop près — -
2:07 - 2:08même la lumière.
-
2:08 - 2:11Que se passe-t-il si nous nous
approchons encore plus près ? -
2:11 - 2:16Est-ce possible de voir quelque chose qui,
par définition, est impossible à voir ? -
2:17 - 2:20Il s'avère que si nous faisions
un zoom des ondes radio, -
2:20 - 2:22nous devrions voir un cercle de lumière
-
2:22 - 2:24causé par une lentille gravitationnelle
du plasma chaud -
2:24 - 2:26se déplaçant autour du trou noir.
-
2:26 - 2:27En d'autres mots,
-
2:27 - 2:30le trou noir jette une ombre
sur ce fond de matière lumineuse, -
2:30 - 2:32creusant une sphère d'obscurité.
-
2:32 - 2:36Ce cercle lumineux révèle l'horizon
des événements du trou noir, -
2:36 - 2:38où la force gravitationnelle
devient si puissante -
2:38 - 2:40que même la lumière ne peut pas
s'en échapper. -
2:40 - 2:43Les équations d'Einstein prédisent
la taille et la forme de ce cercle. -
2:43 - 2:46En prendre la photo serait génial,
-
2:46 - 2:49et pourrait aussi aider à vérifier
la teneur de ces équations -
2:49 - 2:51dans les conditions extrêmes
autour du trou noir. -
2:51 - 2:53Toutefois, ce trou noir
est si loin de nous -
2:53 - 2:57que depuis la Terre, ce cercle
apparaît incroyablement petit — -
2:57 - 3:00de la même taille qu'une orange
sur la surface de la Lune. -
3:01 - 3:04Sa distance rend sa prise
en photo extrêmement difficile. -
3:05 - 3:06Pourquoi ça ?
-
3:07 - 3:10Tout cela ne dépend
que d'une simple équation. -
3:10 - 3:12En raison d'un phénomène
appelé la diffraction, -
3:12 - 3:14il existe des limites fondamentales
-
3:14 - 3:17aux plus petits objets
que nous sommes en mesure de voir. -
3:17 - 3:20L'équation principale dit
qu'afin de voir de plus en plus petit, -
3:20 - 3:23nous devons fabriquer un télescope
de plus en plus grand. -
3:23 - 3:26Mais même avec les télescopes
optiques les plus puissants sur Terre, -
3:26 - 3:29nous sommes encore si loin
de la résolution nécessaire -
3:29 - 3:31afin d'imager la surface de la Lune.
-
3:31 - 3:34Voici l'une des images à plus haute
résolution qui a été prise -
3:34 - 3:36de la Lune à partir de la Terre.
-
3:36 - 3:38Elle contient à peu près 13 000 pixels,
-
3:38 - 3:43et pourtant, chaque pixel contiendrait
plus d'un million et demi d'oranges. -
3:43 - 3:46Quelle taille notre télescope
devrait-il avoir -
3:46 - 3:48pour voir une orange
sur la surface de la Lune, -
3:48 - 3:50et par extension, notre trou noir ?
-
3:50 - 3:52Il s'avère qu'en faisant des calculs,
-
3:52 - 3:56on peut déterminer qu'un télescope
de la taille de la Terre entière -
3:56 - 3:57serait nécessaire.
-
3:57 - 3:58(Rires)
-
3:58 - 4:00Si nous pouvions construire
un tel télescope, -
4:00 - 4:03nous pourrions commencer
à distinguer ce cercle de lumière -
4:03 - 4:05indiquant l'horizon
des événements du trou noir. -
4:05 - 4:08Tous les détails que nous voyons
dans un rendu par ordinateur -
4:08 - 4:10ne seront pas visibles,
-
4:10 - 4:12mais nous pourrions avoir
notre premier aperçu -
4:12 - 4:14de l'environnement immédiat
d'un trou noir. -
4:14 - 4:16Mais comme vous pouvez l'imaginer,
-
4:16 - 4:20la construction d'un télescope
de la taille de la Terre est impossible. -
4:20 - 4:22Pour citer Mick Jagger :
-
4:22 - 4:23« On n'a pas toujours
ce qu'on veux, -
4:23 - 4:26mais si on essaie,
on peut s'apercevoir -
4:26 - 4:27qu'on a reçu ce dont on a besoin. »
-
4:27 - 4:29En connectant
les télescopes du monde entier, -
4:29 - 4:33une collaboration internationale
appelée l'Event Horizon Telescope -
4:33 - 4:36est en train de créer un télescope
informatique de la taille de la Terre -
4:36 - 4:38capable d'élucider la structure
-
4:38 - 4:40à l'échelle de l'horizon
des événements d'un trou noir. -
4:40 - 4:43Il est prévu que ce réseau
prenne la toute première photo -
4:43 - 4:45d'un trou noir l'an prochain.
-
4:45 - 4:49Chaque télescope dans ce réseau mondial
travaille ensemble. -
4:49 - 4:51Liés par la précision
des horloges atomiques, -
4:51 - 4:54des équipes de chercheurs figent
la lumière de chaque point de vue -
4:54 - 4:57en collectant des milliers
de téraoctets d'informations. -
4:57 - 5:02Cette information est alors traitée ici,
dans un laboratoire du Massachusetts. -
5:02 - 5:04Alors comment ça marche ?
-
5:04 - 5:07Si nous voulons apercevoir
le trou noir au centre de notre galaxie, -
5:07 - 5:10nous devons construire
un télescope impossiblement grand. -
5:10 - 5:12Prétendons un instant
que nous pouvons construire -
5:12 - 5:14un télescope de la taille de la Terre.
-
5:14 - 5:17Ce serait un peu
comme transformer la Terre -
5:17 - 5:19en une boule disco géante.
-
5:19 - 5:21Chaque miroir collecterait la lumière
-
5:21 - 5:23que nous assemblerions ensuite
pour fabriquer une image. -
5:23 - 5:26Prétendons que nous retirons
la plupart de ces miroirs -
5:26 - 5:28afin qu'il n'en reste que quelques-uns.
-
5:28 - 5:31Nous pourrions toujours essayer
d'assembler cette information -
5:31 - 5:33mais maintenant,
il y a beaucoup de trous. -
5:33 - 5:37Ces miroirs restants représentent
les endroits où nous avons des télescopes. -
5:37 - 5:42C'est un nombre de mesures vraiment petit
pour pouvoir en faire une photo. -
5:42 - 5:45Bien que nous ne collections la lumière
qu'en certains endroits, -
5:45 - 5:49la Terre tourne et nous pouvons obtenir
d'autres nouvelles mesures. -
5:49 - 5:53En d'autres mots, quand la boule disco
tourne, ces miroirs changent de place -
5:53 - 5:56et nous pouvons observer
différentes parties de l'image. -
5:56 - 6:00Des algorithmes de traitement d'image
comblent les lacunes de la boule disco -
6:00 - 6:03afin de reconstruire
l'image sous-jacente du trou noir. -
6:03 - 6:05Si nous avions des télescopes
partout dans le monde — -
6:05 - 6:07ou bien la boule disco
dans sa totalité — -
6:07 - 6:09cette recherche serait futile.
-
6:09 - 6:12Mais nous n'obtenons que quelques
échantillons, et pour cette raison, -
6:12 - 6:14il existe un nombre infini
d'images possibles -
6:14 - 6:17tout à fait cohérentes
avec les mesures du télescope. -
6:17 - 6:20Cependant, ces images
ne sont pas toutes égales. -
6:21 - 6:25Certaines ressemblent plus à l'idée
que nous avons des images que d'autres. -
6:25 - 6:28En aidant à prendre la première
photo d'un trou noir, -
6:28 - 6:32mon rôle est de créer des algorithmes
qui trouvent l'image la plus raisonnable -
6:32 - 6:34qui corresponde aussi
aux mesures du télescope. -
6:35 - 6:39Tout comme un portraitiste judiciaire
utilise des descriptions limitées -
6:39 - 6:42pour composer une image à l'aide
de son savoir en structure faciale, -
6:42 - 6:46mes algorithmes utilisent
notre information télescopique limitée -
6:46 - 6:50pour nous guider vers une image qui
ressemble à ce qu'il y a dans l'univers. -
6:50 - 6:54À l'aide de ces algorithmes,
nous pouvons assembler des images -
6:54 - 6:56à partir de cette information
bruyante et rare. -
6:56 - 7:00Voici un exemple d'une reconstruction
faite avec de l'information simulée -
7:00 - 7:02quand nous prétendons
diriger nos télescopes -
7:02 - 7:05vers le trou noir
au centre de notre galaxie. -
7:05 - 7:09Bien que ce ne soit qu'une simulation,
une telle reconstruction donne l'espoir -
7:09 - 7:13qu'il sera bientôt possible de prendre
la première vraie image d'un trou noir -
7:13 - 7:16à partir de laquelle nous pourrons
déterminer son diamètre. -
7:16 - 7:19Bien que j'adorerais continuer
à parler des détails de l'algorithme, -
7:19 - 7:22heureusement pour vous,
je n'ai pas le temps. -
7:22 - 7:24J'aimerais quand même
vous donner une idée -
7:24 - 7:26comment nous déterminons
à quoi notre univers ressemble -
7:26 - 7:30et comment nous utilisons ça pour
reconstruire et vérifier nos résultats. -
7:30 - 7:33Comme il existe un nombre infini
d'images possibles -
7:33 - 7:35qui explique parfaitement
les mesures des télescopes, -
7:35 - 7:38nous devons choisir entre elles
en quelque sorte. -
7:38 - 7:40Ce choix est fait en classant les images
-
7:40 - 7:43suivant la probabilité
qu'elles soient l'image du trou noir, -
7:43 - 7:45puis en choisissant
celle qui semble la plus probable. -
7:45 - 7:47Qu'est-ce que je veux dire exactement ?
-
7:48 - 7:50Disons que nous essayons
de créer un modèle -
7:50 - 7:53qui nous donne la probabilité
d'apparition d'une image sur Facebook. -
7:53 - 7:55Nous voudrions que le modèle dise
-
7:55 - 7:58qu'il est peu probable que quelqu'un poste
cette image confuse à gauche, -
7:58 - 8:01et plutôt probable
que quelqu'un poste un selfie, -
8:01 - 8:02comme celle de droite.
-
8:02 - 8:04L'image du milieu est floue,
-
8:04 - 8:06et bien qu'il soit plus probable
de la voir sur Facebook -
8:06 - 8:08comparée à l'image brouillée,
-
8:08 - 8:11il est peu probable que nous la voyions
comparée au selfie. -
8:11 - 8:13Mais quand il s'agit
des images du trou noir, -
8:13 - 8:17nous faisons face à un vrai dilemme :
nous n'avons jamais vu de trou noir. -
8:17 - 8:19A quoi doit ressembler
une image d'un trou noir -
8:19 - 8:22et que devrions-nous supposer
de la structure de ceux-ci ? -
8:22 - 8:25Nous pourrions utiliser des images
de simulations précédentes, -
8:25 - 8:27comme celle du trou noir
d'« Interstellar », -
8:27 - 8:30ce qui pourrait causer
de sérieux problèmes. -
8:30 - 8:34Que se passerait-il si les théories
d'Einstein s'avéraient fausses ? -
8:34 - 8:38Nous voudrions quand même reconstruire
une image fidèle de ce qui se passe. -
8:38 - 8:41Si nos algorithmes s'appuient trop
sur les équations d'Einstein, -
8:41 - 8:44nous ne finirons que par voir
ce que nous espérons voir. -
8:44 - 8:46Nous voulons laisser la porte ouverte
-
8:46 - 8:49à la présence d'un éléphant géant
au centre de notre galaxie. -
8:49 - 8:50(Rires)
-
8:50 - 8:53Des types différents d'images
ont des traits très particuliers. -
8:53 - 8:57On peut facilement faire la différence
entre les images simulées d'un trou noir -
8:57 - 8:59et celles que nous prenons
tous les jours sur Terre. -
8:59 - 9:01Il nous faut une façon de dire
à nos algorithmes -
9:01 - 9:03à quoi les images ressemblent
-
9:03 - 9:06sans trop imposer
un type de caractéristique d'image. -
9:06 - 9:08Nous pourrions contourner ce problème
-
9:08 - 9:11en imposant les caractéristiques
de différents types d'images -
9:11 - 9:15et voir comment ces genres d'images
influencent nos reconstructions. -
9:16 - 9:19Si tous les types d'images produisent
une image très similaire, -
9:19 - 9:21nous pouvons donc gagner
confiance sur le fait -
9:21 - 9:25que nos hypothèses ne biaisent
pas tellement la photo. -
9:26 - 9:28C'est un peu comme
donner la même description -
9:29 - 9:32à trois dessinateurs autour du monde.
-
9:32 - 9:34S'ils produisent un visage très similaire,
-
9:34 - 9:36nous pouvons alors être certains
-
9:36 - 9:40qu'ils n'imposent pas leur propre
subjectivité culturelle aux dessins. -
9:40 - 9:43Un moyen pour imposer des
caractéristiques d'image différentes -
9:43 - 9:46est d'utiliser des morceaux
d'images existantes. -
9:46 - 9:48Nous prenons une grande
collection d'images, -
9:48 - 9:51et nous les découpons en petits morceaux.
-
9:51 - 9:55Nous pouvons alors traiter chaque morceau
comme les pièces d'un puzzle. -
9:55 - 10:00Nous utilisons ces pièces de puzzle
pour assembler une image -
10:00 - 10:02qui correspond aussi
avec les mesures des télescopes. -
10:03 - 10:07Différents types d'images ont des
lots propres de pièces de puzzle. -
10:07 - 10:10Ce qui se produit quand
on prend les mêmes données -
10:10 - 10:14mais qu'on utilise différents lots de
pièces pour reconstruire l'image ? -
10:14 - 10:19Commençons par des pièces de
puzzle d'image de simulation du trou noir. -
10:19 - 10:20OK. Cela semble raisonnable.
-
10:20 - 10:23Ceci ressemble à ce qu'on
attend d'un trou noir. -
10:23 - 10:24Mais ne l'avons-nous pas obtenu
-
10:24 - 10:28car nous avons nourri la machine de petits
morceaux de notre simulation ? -
10:28 - 10:29Essayons un autre lot de puzzle
-
10:29 - 10:32à partir des objets
astronomiques, non du trou noir. -
10:33 - 10:35D'accord, on obtient une image similaire.
-
10:35 - 10:37Ensuite, testons les pièces
d'images quotidiennes -
10:37 - 10:40comme les images que vous prenez
avec votre appareil photo. -
10:41 - 10:43Génial, nous voyons la même image.
-
10:43 - 10:47Quand on obtient la même image
avec tous les différents lots de puzzle, -
10:47 - 10:49alors on peut commencer
à être plus sûr -
10:49 - 10:51que nos hypothèses d'image
-
10:51 - 10:54ne biaisent pas trop
l'image finale obtenue. -
10:54 - 10:57On peut aussi prendre les mêmes
lots de pièces de puzzle, -
10:57 - 11:00tel que ceux dérivés
d'images quotidiennes, -
11:00 - 11:03et les utiliser pour reconstruire beaucoup
de différents types d'image source. -
11:03 - 11:05Ainsi dans nos simulations,
-
11:05 - 11:08nous prétendons qu'un trou
noir ressemble à des objets non-trou noir, -
11:08 - 11:12ou à nos images quotidiennes
comme l'éléphant au cœur de notre galaxie. -
11:12 - 11:14Quand le résultat
de nos algorithmes, en bas, -
11:14 - 11:18ressemble à l'image témoin
de la simulation en haut, -
11:18 - 11:21nos algorithmes commencent
à nous convaincre. -
11:21 - 11:25Je tiens vraiment à souligner ici
que tous ces images ont été créées -
11:25 - 11:28en accolant des petits morceaux
de photos quotidiennes, -
11:28 - 11:30comme celles que vous auriez pu prendre.
-
11:30 - 11:33Donc une image d'un trou noir
qu'on a jamais vu précédemment -
11:33 - 11:37peut être finalement être créée par
l'assemblage de photos quotidiennes -
11:37 - 11:40de personnes, de bâtiments,
d'arbres, de chats et de chiens. -
11:40 - 11:43Imaginer de telles idées nous permet
-
11:43 - 11:45de prendre nos tout premières
photos d'un trou noir, -
11:45 - 11:48et avec optimisme de vérifier
ces théories célèbres -
11:48 - 11:50sur lesquelles les scientifiques
se basent tous les jours. -
11:50 - 11:53Mais bien sûr, la concrétisation
d'idées pareilles -
11:53 - 11:56n'aurait pas été possible sans
l'équipe incroyable de chercheurs -
11:56 - 11:58avec qui j'ai le privilège de travailler.
-
11:58 - 11:59Cela m'étonne encore
-
11:59 - 12:03qu'en dépit de mes lacunes
en astrophysique, -
12:03 - 12:05ce qu'on a pu accomplir
grâce à cette collaboration unique -
12:05 - 12:08puisse mener aux premières
photos d'un trou noir. -
12:08 - 12:11Les grand projets comme
l'Event Télescope Horizon -
12:11 - 12:14réussissent grâce à toutes
l'expertise interdisciplinaire -
12:14 - 12:16que différentes personnes apportent.
-
12:16 - 12:17On est un creuset d’astronomes,
-
12:17 - 12:20de physiciens, de mathématiciens
et d'ingénieurs. -
12:20 - 12:22C'est ce qui rendra bientôt possible
-
12:22 - 12:25la réalisation d'une chose
que l'on pensait impossible. -
12:25 - 12:27J'aimerais vous encourager à lever la main
-
12:27 - 12:29et aider à repousser
les limites de la science, -
12:29 - 12:33même si cela peut vous sembler
aussi mystérieux qu'un trou noir. -
12:33 - 12:34Merci.
-
12:34 - 12:37(Applaudissements)
- Title:
- Comment prendre un trou noir en photo
- Speaker:
- Katie Bouman
- Description:
-
Au cœur de la Voie Lactée se trouve un trou noir supermassif qui se nourrit d'un disque de gaz chaud tournoyant, aspirant tout ce qui s'aventure de trop près, lumière y compris. Il nous est invisible, mais son horizon des événements projette une ombre. Une image de cette ombre pourrait aider à répondre à d'importantes question à propos de l'univers. Les scientifiques pensaient qu'un télescope de la taille de la Terre serait nécessaire pour prendre une telle image — jusqu'à ce que Katie Bouman et une équipe d'astronomes inventent une alternative intelligente. Apprenez comment on peut voir dans le noir ultime.
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:51
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