Le 11 mars, la NASA a lancé un nouveau télescope spatial en orbite pour explorer les origines de l’univers. La mission utilisera des logiciels sophistiqués, développés à l’Arizona Cosmology Lab de l’Université de l’Arizona, pour analyser les données et aider les astronomes à comprendre ce qui s’est passé dans le premier trillionème de seconde après le Big Bang.
Spherex – qui signifie Spectro-Photomètre pour l’histoire de l’univers, l’époque de la réionisation et de l’explorateur ices – est une mission de la NASA qui utilisera un télescope grand champ pour recueillir des données optiques et infrarouges sur plus de 450 millions de galaxies. L’U de A est un partenaire de mission, ainsi que le California Institute of Technology, le Jet Propulsion Laboratory, Ball Aerospace et le Corée Astronomy and Space Science Institute, entre autres.
La mission a trois buts. Dans la Voie lactée, il recherchera des signes de glace d’eau – un ingrédient majeur dans la recherche de la vie au-delà de la Terre. Il sondera l’origine et l’historique des galaxies en utilisant une technique assez nouvelle appelée cartographie d’intensité. Et il explorera la profonde histoire précoce de l’univers lui-même.
Les chercheurs de Spherex sont intéressés à comprendre ce qui s’est passé pendant l’époque inflationniste, lorsque l’univers s’est développé de façon exponentielle dans la première fraction de seconde après sa naissance. Au moment de l’inflation, de minuscules fluctuations quantiques – de plus en plus irrégulières – ont été explosées par une expansion rapide.
Ce sont les graines du début de l’univers qui ont finalement donné naissance à la formation de galaxies. Les capacités infrarouges précises de Spherex permettra à la mission de mesurer la distribution des galaxies afin de comprendre les nuances derrière ce processus inflationniste.
Les chercheurs de l’Arizona Cosmology Lab sont également intéressés par ce qui ne peut pas être vu. Les galaxies retracent la présence de matière noire, qui aurait joué un rôle dans la formation des galaxies et l’évolution de l’univers.
« Nous recherchons des traceurs », a déclaré Tim Eifler, professeur agrégé d’astronomie à l’U-Of A Steward Observatory. « Les galaxies retracent la présence de matière noire. Là où il y a beaucoup de galaxies, il y a probablement beaucoup de matière noire à cause de la gravité. »
Spherex est unique en ce qu’il mesurera le ciel entier plusieurs fois au cours de sa mission de deux ans.
« Nous espérons voir les empreintes de l’univers très précoce en faisant la plus grande carte 3D des galaxies qui ait jamais existé », a déclaré Elisabeth Krause, professeure agrégée d’astronomie et de physique qui dirige l’U de l’équipe pour la mission.
La carte Spherex s’élèvera à des millions et à des millions d’étoiles et de galaxies. Krause et son équipe de l’Arizona Cosmology Lab condenseront le catalogue des galaxies en quelques statistiques sommaires – un processus extraordinairement affiné qui implique de compter des paires de galaxies en fonction de leur séparation les unes des autres.
Pour la mission, l’ancien étudiant postdoctoral Yosuke Kobayashi a développé un modèle mathématique complexe pour identifier les informations pertinentes sur les galaxies et éliminer les informations inutiles. Pour utiliser les descriptions mathématiques de Kobayashi pour Spherex, l’Arizona Cosmology Lab devait être en mesure de mettre les équations dans le code et de développer des logiciels capables d’analyser des données et de créer des modèles précis de l’univers. Le laboratoire s’est tourné vers l’apprentissage automatique pour accélérer le logiciel.
Selon l’équipe de recherche.
« La vitesse de calcul a toujours été un goulot d’étranglement lors de la prédiction de ce que nous voyons dans l’univers », a déclaré Eifler. « Nous formons un réseau de neurones avec certaines de ces équations, et lorsque nous exécutons plus tard l’analyse, ce sera beaucoup, beaucoup plus rapide. »
Une fois que Spherex est en orbite, le prochain chapitre du travail au Arizona Cosmology Lab commencera: prendre le vaste catalogue de données et commencer à contraindre les modèles cosmologiques qui aideront à dévoiler ce qui s’est passé à l’aube.