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Posté par Redbran le Vendredi 18/11/2016 à 12:00
Des chercheurs français améliorent la qualité des images radio en vue de SKA
De nouvelles techniques de traitement de l'image ont été discutées à la conférence scientifique du radiotélescope SKA (Square Kilometer Array) ce jeudi 10 novembre 2016 à Goa, en Inde, lorsque des chercheurs français ont communiqué à la communauté astronomique des travaux prometteurs entrepris en France pour développer de nouveaux procédés d'analyse d'image en radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts dans...) avec de nombreuses applications potentielles.Des équipes françaises de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des...), de l'Observatoire de la Côte d'Azur, du Laboratoire AIM, de l'ENS Cachan et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...) X travaillent activement sur des algorithmes de pointe pour l'étalonnage et la déconvolution des images de la radioastronomie.

"Optique adaptative" pour la radioastronomie

Une équipe française de l'Observatoire de Paris dirigée par Cyril Tasse travaille sur le développement de l'équivalent de "l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) adaptative" pour la radioastronomie. Les systèmes optiques adaptatifs - utilisés dans des installations d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être...) optique de classe mondiale telles que le VLT (Very Large Telescope) au Chili - mesurent comment la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont...) atmosphérique affecte des sources connues dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), puis déforment en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel les surfaces réfléchissantes actives et compensent ainsi la turbulence, ce qui donne des images beaucoup plus nettes. Ces systèmes corrigent ainsi presque totalement les effets de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).

"En astronomie optique, on applique cette correction au miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui,...). En radioastronomie, on applique la correction dans le supercalculateur qui effectue le traitement de l'image", explique Chiara Ferrari ( Automobiles et motos Ferrari, constructeur automobile italien dont le nom provient de son fondateur Enzo Ferrari. Scuderia Ferrari, l'écurie de course du constructeur. Ferrari, constructeur italien...), coordinatrice de l'organisation (Une organisation est) SKA-France, chargée de coordonner les contributions françaises à SKA dans la période menant à la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de construction en 2018.

Alors que des outils d'auto-étalonnage existent déjà en radioastronomie, l'équipe française a développé des algorithmes de nouvelle génération "dépendant de la direction" et s'adaptant à la nature changeante de l'ionosphère (L’ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est-à-dire entre 60 et 800 km d'altitude. Elle est constituée de gaz fortement ionisé à très faible pression (entre...) qui affecte la partie du ciel observée. Ces algorithmes mesurent comment le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) de sources connues dans le ciel dans la zone d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés....) est affecté par la turbulence de l'ionosphère, puis appliquent une correction en post-traitement pour annuler ces effets. L'équipe a récemment testé son algorithme sur les observations du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que...) international LOFAR (projet LOFAR Surveys, dirigé par le Prof Röttgering), ce qui a donné des résultats très prometteurs.

En collaboration avec le groupe du Prof. Oleg Smirnov en Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres émergées. Avec...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), cette nouvelle génération d'algorithmes a également été récemment utilisée pour traiter la première image de MeerKAT, l'un des télescopes précurseurs SKA situés en Afrique du Sud, dans laquelle 7 000 galaxies jusqu'alors inconnues ont été découvertes.

Production d'images à "super-résolution"

Parallèlement, des chercheurs de l'Observatoire de la Côte d'Azur et du Laboratoire AIM ont travaillé au développement de nouveaux outils de reconstruction d'images. Les observations de radioastronomie utilisent des transformées de Fourier pour créer des images à partir des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) observées. Afin de reproduire l'image qui reproduit le mieux le ciel observé, les astronomes ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) de se débarrasser des artefacts dans les images causées par le télescope lui-même, à travers une opération appelée "déconvolution".

Les algorithmes classiques de déconvolution supposent que le ciel est peuplé de sources dont la forme peut être décrite mathématiquement par un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de fonctions. Le travail développé par les équipes françaises repose sur l'hypothèse d'un ensemble plus large de fonctions. Les résultats obtenus jusqu'à présent montrent que ces nouveaux outils produisent de meilleures images avec une résolution angulaire (capacité de voir plus de détails) et une sensibilité (capacité à détecter des objets faibles) accrues.

De façon remarquable, l'algorithme développé par les chercheurs AIM ((Labex UnivEarthS / CosmoStat) a été appliqué aux observations LOFAR de la radio-galaxie Cygnus A (Cygnus A (3C 405) est l'une des radiogalaxies les plus brillantes et les plus célèbres. Elle fut découverte par Grote Reber en 1939. En 1953 Roger Jennison et M. K. Das Gupta montrèrent qu'elle comportait...), obtenant ainsi une image à "super-résolution".


Observations LOFAR à 150 MHz de la radio galaxie Cygnus A. Image obtenue avant déconvolution (à gauche), et après déconvolution: avec des outils classiques (centre) et avec le nouvel algorithme développé à AIM Laboratoire CosmoStat (à droite). Le nouvel algorithme permet d'obtenir une image modèle avec une meilleure résolution angulaire ( "super-résolution") que les algorithmes classiques.

"Étant donné que de telles techniques sont actuellement testées avec succès sur les observations des précurseurs et des prototypes de SKA, nous prévoyons qu'ils seront d'une grande utilité une fois que le SKA sera opérationnel, permettant de pousser les qualité d'image jusqu'aux limites du télescope et même au delà", ajoute le Ferrari.Au-delà de l'astronomie, ces techniques ont également de nombreuses autres applications potentielles."Ces techniques de traitement d'images sont évidemment passionnantes pour l'astronomie, mais peuvent également être appliquées à n'importe quel domaine où le traitement d'image est nécessaire, et sont également prometteurs pour l'imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir de différents phénomènes physiques (Résonance...) et l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande...)", conclut Ferrari.

À propos du SKA

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité...) Square Kilometer Array (SKA) est un effort international visant à construire le plus grand télescope radio du monde (Le mot monde peut désigner :), dirigé par l'organisation SKA, basée à l'Observatoire de Jodrell Bank, près de Manchester. Le SKA mènera des observations avec une précision sans précédent pour améliorer notre compréhension de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et les lois de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.). Il cartographiera le ciel des centaines de fois plus rapidement que n'importe quelle installation actuelle.

Le SKA n'est pas un télescope unique, mais une collection de télescopes ou d'instruments, rassemblés en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extrémité d'une...) sur de longues distances. Le SKA doit être construit en deux phases: Phase 1 (SKA1) en Afrique du Sud et en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus...); La phase 2 (appelée SKA2) s'étend dans d'autres pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²),...) africains, la composante en Australie étant également élargie.

Déjà soutenu par 10 pays membres - l'Australie, le Canada, la Chine, l'Inde, l'Italie, la Nouvelle-Zélande (La Nouvelle-Zélande est un pays de l'Océanie, au Sud-Ouest de l'océan Pacifique, constitué de deux îles principales...), l'Afrique du Sud, la Suède, les Pays-Bas et le Royaume-Uni - SKA Organisation rassemble les meilleurs scientifiques, ingénieurs et entrepreneurs du monde entier et plus de 100 entreprises et institutions de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) dans 20 pays pour la conception et le développement du télescope. La construction du SKA devrait débuter en 2018, avec des premières observations scientifiques au début des années 2020.

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