Le Big Data est partout ; même dans le ciel. Dans cette conférence instructive, l’astronome Andrew Connolly nous montre comment une grande quantité de données sont rassemblées sur notre univers, des données qui enregistrent son humeur toujours changeante. Comment donc les scientifiques prennent-ils de si nombreuses images à cette échelle ? Ça commence par un télescope géant…

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En 1781, un compositeur anglais, ingénieur et astronome, nommé William Herschel, remarqua un objet dans le ciel

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qui ne se déplaçait pas tout à fait de la même façon que les autres étoiles. Et le fait qu’Hershel s’aperçoive de cette différence, de cette anomalie, a conduit à la découverte d’une planète, la planète Uranus, un nom qui a fait rigoler d’innombrables générations d’enfants, mais une planète qui, du jour au lendemain, a doublé la taille du système solaire connu. Rien que le mois dernier, la NASA a annoncé la découverte de 517 nouvelles planètes en orbite autour d’étoiles proches, doublant ainsi d’un coup le nombre de planètes connues de notre galaxie. L’astronomie est en permanence transformée par cette capacité à rassembler des données, et comme ces données doublent presque chaque année, au cours des 20 prochaines années, il se pourrait que nous atteignons un seuil où, pour la première fois dans l’Histoire, nous ayons découvert la plupart des galaxies de l’Univers.

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Mais alors que nous entrons dans l’ère du big data, nous commençons à nous apercevoir qu’il y a une différence entre la simple accumulation de données, et les transformations que cela apporte, la capacité de changer les questions que l’on se pose. La question n’est pas combien de données on rassemble, c’est si ces données ouvrent de nouvelles fenêtres sur notre univers, si elles changent la façon dont nous regardons le ciel. Quelle est alors la prochaine fenêtre sur notre univers ? Quel est le prochain chapitre de l’astronomie ? Eh bien, je vais vous montrer quelques-uns des outils et des techniques que nous allons développer dans les années à venir, et comment ces technologies, combinées à un usage intelligent des données, pourraient de nouveau transformer l’astronomie en ouvrant une fenêtre sur notre univers, la fenêtre du temps.

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Pourquoi le temps ? Eh bien, le temps a un rapport avec les origines, et avec l’évolution. Les origines de notre système solaire, comment notre système solaire est né. Est-il particulier, ou spécial, d’une manière ou d’une autre ? Au sujet de l’évolution de notre univers : pourquoi continue-t-il à s’étendre ? Et quelle est cette mystérieuse énergie noire qui alimente son expansion ?

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Mais tout d’abord, je veux vous montrer comment la technologie va changer la façon dont on regarde le ciel. Imaginez que vous êtes situés dans les montagnes du nord du Chili et que vous regardez vers l’ouest, vers l’Océan Pacifique, quelques heures avant l’aube. Voici le ciel nocturne que vous verriez, c’est une vision magnifique, avec la Voie Lactée qui pointe juste au-dessus de l’horizon, mais c’est une vision statique. D’une certaine façon, c’est ainsi que nous voyons notre univers : éternel et immuable. Mais l’Univers est tout sauf statique. Il change constamment, à l’échelle de la seconde comme à celle du milliard d’années. Les galaxies fusionnent, elles entrent en collision à des centaines de milliers de kilomètre/heures. Des étoiles naissent, elles meurent, elles explosent en ces feux d’artifice extravagants En fait, si nous revenons à notre ciel tranquille au Chili, et que nous laissons le temps s’écouler pour voir comment le ciel pourrait évoluer au cours de la prochaine année, les pulsations que vous voyez sont des supernovae, les derniers feux d’agonie d’étoiles qui meurent en explosant, qui brillent puis disparaissent. Chacune de ces supernovae est cinq milliards de fois plus brillante que notre soleil, ce qui nous permet de la voir d’aussi loin, mais seulement pour un court instant. A chaque seconde, dix supernovae explosent quelque part dans notre univers. Si nous pouvions les entendre, ça crépiterait comme un sac de pop-corn. Si maintenant nous enlevons les supernovae, il n’y a pas que la luminosité qui change. Notre ciel est toujours en mouvement. Cette nuée d’objets que vous voyez traverser le ciel sont des astéroïdes qui tournent autour de notre soleil, et ce sont ces changements et ce mouvement, c’est la dynamique du système, qui nous permet de construire notre modèle de l’univers, pour prévoir son futur et expliquer son passé.

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Mais les télescopes que nous avons utilisés ces dernières années ne sont pas conçus pour capturer les données à cette échelle. Le Télescope Spatial Hubble : depuis 25 ans, il a fourni quelques-unes des vues les plus détaillées de l’univers lointain, mais si vous essayez de l’utiliser pour produire une image du ciel, cela prendrait 13 millions d’images différentes, et environ 120 ans, pour le faire une seule fois.

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Cela nous amène aux nouvelles technologies et aux nouveaux télescopes, des télescopes qui peuvent affiner leur champ de vision pour voir l’univers lointain, mais qui peuvent aussi l’élargir pour capturer le ciel aussi vite que possible. Des télescopes comme le Large Synoptic Survey Telescope, ou LSST, sans doute le nom le plus ennuyeux jamais donné à l’une des expériences les plus fascinantes de l’histoire de l’astronomie. C’est la preuve, s’il en était besoin, qu’il ne faut jamais laisser un scientifique ou un ingénieur baptiser quoi que ce soit, pas même vos enfants. (Rires) Nous construisons le LSST. Nous espérons qu’il produira des données à la fin de la décennie. Je vais vous montrer la façon dont nous pensons qu’il va changer notre vision de l’univers. C’est parce qu’une seule image du LSST équivaudra à 3 000 images du télescope Spatial Hubble, chacune couvrira 3,5 degrés du ciel, 7 fois la largeur de la Lune. Alors, comment capture-t-on une image de cette taille ? Eh bien, on construit la plus grande caméra digitale de l’histoire, à partir de la même technologie que la caméra de votre portable, ou la caméra digitale qu’on peut acheter au magasin du coin, mais d’un mètre cinquante de large, à peu près la taille d’une Coccinelle, et où chaque image fait 3 milliards de pixels. Si on voulait regarder une de ces images à pleine résolution, juste une seule image du LSST, ça prendrait environ 1 500 écrans télé haute définition. Et cette caméra va photographier le ciel, en prenant une image toutes les 20 secondes, balayant le ciel constamment, de sorte que toutes les trois nuits, nous aurons une nouvelle vue complète des cieux au-dessus du Chili. Pendant la durée de son existence, ce télescope va détecter 40 milliards d’étoiles et de galaxies, et ce sera la première fois que nous aurons détecté plus d’objets dans l’univers que d’hommes sur la terre. On peut en parler en termes de téra-octets et de péta-octets, et de milliards d’objets, mais une façon d’avoir une idée de la quantité de données qui va provenir de cette caméra et de la comparer à la diffusion simultanée de toutes les conférences de TED jamais enregistrées, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, pendant 10 ans. Et traiter ces données implique de chercher parmi toutes ces conférences toutes les nouvelles idées et les nouveaux concepts, en examinant chaque partie des vidéos pour voir si une image est différente de la précédente. Ça change la façon dont on fait de la science, dont on fait de l’astronomie, pour un domaine où les programmes et les algorithmes doivent exploiter toutes ces données, où les programmes sont aussi importants pour la science que le télescope et la caméra que nous avons construits.

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Des milliers de découvertes découleront de ce projet, mais je vais seulement vous parler de deux des idées sur les origines et l’évolution qui pourraient être transformées par notre accès aux données à cette échelle.

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Ces cinq dernières années, la NASA a découvert plus de 1 000 systèmes solaires autour d’étoiles proches, mais les systèmes que nous découvrons ne ressemblent pas au nôtre. L’une des questions qui se pose est : est-ce qu’on n’a pas assez bien cherché ? Ou bien y a-t-il quelque chose de spécial dans la façon dont notre système solaire s’est formé ? Si nous voulons répondre à cette question, nous devons connaître et comprendre l’histoire de notre système solaire en détail, car ce sont les détails qui comptent. Si nous revenons à notre ciel, à nos astéroïdes qui traversaient le ciel, ils sont comme les débris de notre système solaire. La position des astéroïdes est comme l’empreinte digitale d’une époque ancienne, quand les orbites de Neptune et de Jupiter étaient bien plus proches du soleil. Quand ces planètes géantes ont migré à travers notre système solaire, elles ont éparpillé les astéroïdes dans leur sillage. Étudier les astéroïdes, c’est comme de faire une expertise médico-légale, l’expertise de notre système solaire. Mais pour le faire, il nous faut du recul, c’est le mouvement qui nous donne le recul, et nous avons le mouvement grâce à notre accès au temps.

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De quelle façon ? Eh bien, si on regarde les petits astéroïdes jaunes qui voltigent à travers l’écran, ce sont ceux qui bougent le plus vite, parce qu’ils sont les plus proche de nous, les plus proches de la Terre. Ce sont ceux vers lesquels nous pourrions bien, un jour, envoyer des vaisseaux pour exploiter leurs minéraux, mais ce sont aussi ceux qui pourraient un jour frapper la Terre , comme cela est arrivé il y a 60 millions d’années, avec l’extinction des dinosaures, ou bien juste au début du siècle dernier, lorsqu’un astéroïde a anéanti près de 2 600 km² de forêt sibérienne, ou même juste l’année dernière, lorsque l’un d’entre eux a brûlé au dessus de la Russie, en libérant l’énergie d’une petite bombe atomique. L’expertise de notre système solaire ne nous renseigne pas seulement sur le passé, elle peut aussi prédire le futur, y compris notre futur.

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Quand on prend du recul, on peut voir les astéroïdes dans leur milieu naturel, en orbite autour du soleil. Chaque point de cette simulation que vous pouvez voir est un astéroïde réel. Son orbite a été calculée à partir de son déplacement dans le ciel. Les couleurs reflètent la composition des astéroïdes, secs et minéraux au centre, riches en eau et primitifs vers le bord, des astéroïdes riches en eau qui pourraient avoir ensemencé les océans et les mers que l’on trouve sur notre planète, lorsqu’ils ont bombardé la Terre à une époque ancienne. Le LSSTsera capable d’affiner son champ de vision, et pas seulement de voir large, nous pourrons donc voir ces astéroïdes bien au-delà des régions intérieures de notre système solaire, des astéroïdes au-delà des orbites de Mars et Neptune, des comètes et des astéroïdes qui pourraient se trouver presque à une année-lumière de notre soleil. Et en grossissant les détails de cette image, en les grossissant d’un facteur de 10 à 100, nous pourrons savoir s’il y a des traces de planètes au-delà de l’orbite de Neptune, détecter les astéroïdes qui risquent de frapper la Terre bien avant qu’ils ne soient un danger, et de découvrir, peut-être, si notre soleil s’est formé tout seul ou bien dans un groupe d’étoiles. Peut-être est-ce ces compagnons stellaires qui ont influencé la formation de notre système solaire, et peut-être est-ce pour cela que les systèmes comme le nôtre semblent si rares.

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Les distances et les changements, dans notre univers… La distance équivaut au temps, tout comme les changements dans le ciel. Chaque mètre de la distance où porte votre regard, ou plutôt chaque mètre qui vous sépare d’un objet, vous fait regarder près d’un milliardième de seconde dans le passé. Ce concept, cette notion de regarder dans le passé a révolutionné nos idées sur l’univers, et plus d’une fois.

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La première fois fut en 1929, lorsqu’un astronome appelé Edwin Hubble a montré que l’univers était en expansion, ce qui a conduit à l’idée du Big Bang. Et les observations étaient simples : seulement 24 galaxies et un schéma fait à la main. Mais rien que l’idée que plus une galaxie est lointaine, plus elle s’éloigne rapidement, a suffi à donner naissance à la cosmologie moderne.

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Une deuxième révolution s’est produite 70 ans plus tard, lorsque deux groupes d’astronomes ont montré que l’univers n’était pas seulement en expansion, il accélérait, une chose aussi surprenante que de jeter une balle en l’air et de s’apercevoir que plus elle monte, plus elle prend de la vitesse. Ils ont montré cela en mesurant la luminosité des supernovae, et la façon dont cette luminosité diminue avec la distance. Ces observations étaient plus complexes. Elles nécessitaient de technologies et de télescopes nouveaux, parce que les supernovae étaient dans des galaxies 2 000 fois plus éloignées que celles utilisées par Hubble. Et ça a pris trois ans de trouver seulement 42 supernovae, parce qu’il ne se produit qu’une explosion de supernova tous les cent ans dans une galaxie. Trois ans pour trouver 42 supernovae en fouillant des dizaines de milliers de galaxies. Et une fois les données rassemblées, voici ce qu’ils ont trouvé. Ça n’a l’air de rien, comme ça, mais c’est à cela que ressemble une révolution en physique : une ligne qui prévoit la luminosité d’une supernova à 11 milliards d’années-lumière, et une poignée de points qui ne sont pas sur la ligne.

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Des petits écarts qui produisent de grandes conséquences. Des petits écarts qui nous permettent de faire des découvertes, comme la planète trouvée par Herschel. Des petits écarts qui bouleversent notre compréhension de l’univers. 42 supernovae, légèrement trop sombres, ce qui veut dire légèrement plus loin, ce qui implique que l’univers ne fait pas que s’étendre, mais que cette expansion s’accélère, et qui révèle un élément de notre univers que nous appelons aujourd’hui l’énergie noire, un élément qui alimente cette expansion, et qui constitue 68 % de l’énergie de notre univers.

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A quoi ressemblera donc la prochaine révolution ? Eh bien, qu’est-ce que l’énergie noire, et pourquoi existe-t-elle ? Chacune de ces lignes représente un modèle différent de ce que pourrait être l’énergie noire, en faisant apparaître ses propriétés. Chacun est cohérent avec les 42 points, mais les idées qui les sous-tendent sont radicalement différentes. Certains pensent que l’énergie noire évolue avec le temps, ou bien que ses propriétés sont différentes suivant la direction dans laquelle on regarde le ciel. D’autres introduisent des changements dans la physique au niveau subatomique. Ou alors, ils voient les choses en grand, et modifient la façon dont la gravité et la relativité générale fonctionnent, ou bien ils disent que notre univers n’est qu’un parmi d’autres, un élément de ce mystérieux multivers. Mais toutes ces idées, toutes ces théories stupéfiantes et, je l’admets, parfois un peu folles, sont toutes cohérentes avec nos 42 points.

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Comment alors pouvons-nous espérer y voir clair dans les années à venir ? Eh bien, imaginez que je vous donne une paire de dés, et que je vous demande de déterminer si ces dés sont truqués ou pas. Un seul lancer de dés ne vous dirait pas grand-chose, mais plus vous les lancez, plus vous rassemblez de données, plus vous sauriez avec certitude non seulement s’ils sont truqués ou pas, mais dans quelle mesure, et de quelle manière. Il a fallu trois ans pour trouver seulement 42 supernovae parce que les télescopes que nous avions construits ne pouvaient explorer qu’une petite partie du ciel. Avec le LSST, nous avons une nouvelle image complète du ciel au -dessus du Chili toutes les trois nuits. Lors de sa première nuit de fonctionnement, il va trouver 10 fois plus de supernovae que ce qu’il a fallu pour découvrir l’énergie noire. Et ce nombre sera multiplié par mille dans les quatre premiers mois : 1,5 milliard de supernovae à la fin de l’étude, chaque supernova sera comme un lancer de dés, et nous montrera un peu plus quelles théories de l’énergie noire sont cohérentes, et quelles ne le sont pas. Et ainsi, en combinant ces données sur les supernovae avec d’autres mesures de la cosmologie, nous éliminerons progressivement les différentes idées et théories de l’énergie noire, jusqu’à ce que, je l’espère, à la fin de cette étude, vers 2030, on puisse espérer voir une théorie de notre univers, une théorie fondamentale de la physique de notre univers, émerger progressivement.

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A plus d’un titre, les questions que j’ai posées sont en réalité tout ce qu’il y a de plus simple. Nous ne connaissons peut-être pas les réponses, mais au moins savons-nous comment poser les questions. Mais si explorer des dizaines de milliers de galaxies a révélé 42 supernovae qui ont bouleversé notre compréhension de l’univers, quand nous travaillerons sur des milliards de galaxies combien de fois encore allons-nous trouver 42 points qui ne correspondent pas à ce que nous attendions ? Comme la planète trouvée par Herschel, ou l’énergie noire, ou la mécanique quantique, ou la relativité générale, toutes ces idées qui sont venues parce que les données ne correspondaient pas à ce que nous attendions. Ce qui est si enthousiasmant pour les prochaines années dans les données en astronomAie, c’est que nous ne savons même pas combien il y a de réponses qui nous attendent au tournant, des réponses sur nos origines ou sur notre évolution. Combien y a-t-il de réponses aux questions que nous ne savons même pas que nous voulons poser ?

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Merci.

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(Applaudissements)

SOURCE

Morgan REMOLEUR

Passionné par le digital, Morgan est un Pharmacien entrepreneur innovant au plus près des patients. Industriel de formation, Internet par passion, Business developer pour partager l'innovation. "Je suis intimement convaincu que le digital et le big data vont révolutionner tous les métiers à la fois sur un plan technique dans la collecte des données, pratique pour la relation client et éthique avec le besoin de régulation."

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