Grâce aux réseaux de neurones de l'IA, les astrophysiciens parviennent à mieux cerner les mécanismes des trous noirs. Ces phénomènes d'accrétion intense transforment cependant ces trous cosmiques en noyaux actifs, comme les quasars ou les galaxies de Seyfert.
L'apprentissage automatique ou machine learning, une branche de l'intelligence artificielle, gagne en importance et trouve de nombreuses applications, que ce soit dans notre quotidien ou dans la recherche scientifique. C'est notamment le cas pour le programme SETI dédié à la recherche d'intelligences extraterrestres. Une équipe d'astrophysiciens de l'Université de Bath au Royaume-Uni a eu recours à une des techniques phares du machine learning : les réseaux de neurones artificiels qui s'inspirent du fonctionnement des neurones biologiques du cerveau humain. Cette approche a permis d'importantes avancées en IA cette dernière décennie. Les chercheurs ont en effet appliqué cette méthode à la problématique toujours pas totalement résolue de la croissance des trous noirs supermassifs. On sait que ces objets cosmiques titanesques se situent au cœur de la plupart des grandes galaxies comme M87.
L'IA a résolu le « le problème du parsec final » des trous noirs
Pendant longtemps, les observations du célèbre télescope spatial Hubble ont alimenté la théorie selon laquelle la croissance des trous noirs supermassifs, ces gouffres gravitationnels colossaux contenant entre un million et plusieurs milliards de masses solaires, était principalement liée aux fusions de galaxies.
Cependant, ce phénomène reste encore en partie énigmatique, notamment à cause de ce qu'on appelle « le problème du parsec final ». En effet, si l'on comprend comment deux trous noirs géants issus de la fusion de deux galaxies vont avoir tendance à chuter vers le cœur de la nouvelle galaxie formée, les modèles prédisent qu'ils devraient ensuite rester bloqués à quelques années-lumière l'un de l'autre pendant un temps supérieur à l'âge actuel de l'Univers.
L'IA pour identifier facilement les trous noirs
Depuis une dizaine d'années, un nouveau modèle semble s'imposer pour expliquer la croissance conjointe des trous noirs supermassifs et des galaxies qui les abritent. Celui-ci implique des filaments de matière noire froide canalisant des flux d'hydrogène et d'hélium vers les galaxies. Ce scénario concorde avec le fait que les masses des trous noirs et de leur galaxie hôte suivent généralement une même loi de proportionnalité.
Une récente étude publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et sur arXiv semble appuyer davantage cette hypothèse des courants froids alimentant la croissance des trous noirs géants. Les chercheurs montrent que l'influence des fusions galactiques n'est ni simple, ni suffisante pour expliquer à elle seule ce phénomène.
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Pour arriver à cette conclusion, ils ont entraîné un réseau de neurones artificiels sur des simulations de fusions de galaxies, puis l'ont appliqué aux données observationnelles du cosmos. Jusqu'ici, ce sont des êtres humains qui classifient visuellement les images télescopiques pour identifier les fusions galactiques. Cela en cherchant par exemple les traînées d'étoiles arrachées par les forces de marée lors de telles interactions gravitationnelles. Mais cette approche atteignait ses limites et engendrait des résultats contradictoires.
Explosion galactique : les chocs entre galaxies dévoilent des nuages de gaz gelés
L'étude menée par Rebecca Smethurst et son équipe a démontré la supériorité des capacités de classification de l'intelligence artificielle par rapport aux analystes humains pour identifier les fusions de galaxies sur les images télescopiques. Non seulement l'IA s'est avérée plus fiable, mais aussi beaucoup plus rapide.
Au final, les astrophysiciens ont pu établir que les fusions galactiques en tant que telles ne sont pas fortement corrélées à la croissance des trous noirs supermassifs. La présence d'un réservoir de gaz froid au centre de la galaxie hôte semble également nécessaire. C'est lors d'une collision avec une galaxie abritant un tel réservoir que le gaz pourrait alors être accrété par le trou noir, produisant ainsi un noyau actif de galaxie comme une galaxie de Seyfert.
Cette découverte est cruciale pour comprendre le mécanisme par lequel une galaxie devient un quasar. C'est-à-dire lorsqu'une importante quantité de matière tombe dans le puits gravitationnel d'un trou noir supermassif, formant un disque d'accrétion de la taille du système solaire. L'énergie fabuleuse alors libérée peut chauffer et expulser le gaz de la galaxie, stoppant la formation d'étoiles nouvelles.
Comme l'explique Avirett-Mackenzie : « pour former des étoiles, les galaxies doivent contenir des nuages de gaz froid aptes à s'effondrer. Mais des processus très énergétiques comme l'accrétion de trous noirs supermassifs réchauffent ou expulsent ce gaz. C'est ce qui rend la formation stellaire impossible sans nouvel apport de gaz », ajoute-t-elle.
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