Près de trois ans après la découverte de la première onde gravitationnelle en septembre 2015, une équipe du centre d’Astrophysique théorique de l’Institut de technologie de Californie (CalTech, Etats-Unis) vient de publier un article qui dévoile dans ses moindres détails, les collisions de trous noirs. Publié dans Physical Review Letters du 11 janvier, ce travail présente la simulation la plus précise à ce jour pour décrire la fusion de ces astres compacts.
Apprentissage-machine
Ainsi ces chercheurs ont mis à nu l’événement le plus cataclysmique qui puisse survenir dans le Cosmos : la fusion de deux trous noirs, deux astres extrêmement compacts, à l’origine de l’émission d’une onde gravitationnelle. Théoriquement prédite par Einstein en 1916, il a fallu un siècle aux physiciens pour inventer les détecteurs complexes et extrêmement sensibles comme les interféromètres susceptibles de détecter ces infimes vibrations de l’espace-temps que sont les ondes gravitationnelles. Pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé un algorithme d’intelligence artificielle fondé sur l’apprentissage-machine ("machine learning"). L’apprentissage s’est fait à partir de 900 simulations de fusion de deux trous noirs du programme Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) calculées sur le super ordinateur Wheeler de Caltech.
La traque d'une nouvelle physique
L’équipe parvient à prédire non seulement les caractéristiques du trou noir final, comme sa masse et sa vitesse de rotation, mais aussi la forme de l’onde gravitationnelle que cette collision devrait produire. L’utilisation de l’IA se justifie car lors des dernières secondes avant la fusion, lorsque les deux trous noirs décrivent des spirales de plus en plus rapprochées, le calcul exact de la forme de l’onde émise est difficile à effectuer avec les méthodes traditionnelles. La précision de leur simulation sera un outil précieux pour la future génération de détecteurs : ceux-ci pourront surprendre de petites variations de la forme de l’onde et traquer éventuellement des effets infimes d’une nouvelle physique.
