Astro-COLIBRI: une plateforme pour l'astrophysique en temps réel

Publié par Redbran le 06/10/2021 à 13:00
Source: CEA IRFU
Après trois ans de réflexions et de perfectionnement, l'application "Astro-Colibri" vient d'être lancée. Cette interface numérique réalisée par des chercheurs de l'Irfu/DPhP a pour but de rendre facilement accessibles et en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel des informations sur les phénomènes transitoires et multi-messagers. La nécessité de réagir rapidement aux explosions les plus violentes de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et la richesse des informations fournies par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) mondial d'observatoires demandent de nouvelles approches et de nouveaux outils. A travers "Astro-Colibri" ce sont plusieurs observatoires qui ont désormais la capacité de se coordonner dans la surveillance et l'identification des sources de phénomènes physiques du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) transitoire.

La plateforme existant sous forme d'application smartphone (IOS et Android) et de site web (Un site Web est un ensemble de pages Web hyperliées entre elles et mises en ligne à une...) permet de mettre les alertes dans leur contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) en les croisant avec des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) déjà connues, ce qui constitue un gain de temps considérable pour les chercheurs. De plus, l'application anticipe les meilleurs créneaux d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) possibles pour un observatoire donné. Cette interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface...) gratuite est également un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) ludique et pratique pour les férus d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) qui sauront facilement se mouvoir sur cette application fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....).

L'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) et l'astrophysique connaissent actuellement plusieurs changements fondamentaux, tels que l'importance croissante des observations des phénomènes transitoires, c'est-à-dire des émissions de courte durée, comme les explosions de supernovae, les sursauts radio rapides (FRB) et les sursauts gamma (GRB). Dans le même temps, la détection d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) croissant de messagers cosmiques différents permet aux chercheurs d'obtenir des informations cruciales sur ces objets. Par exemple aujourd'hui, la détection de neutrinos de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et d'ondes gravitationnelles (GW) complète régulièrement les observations astronomiques traditionnelles provenant du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...).

Cette tendance va s'amplifier fortement dans les années à venir, avec la mise en service d'une grande variété d'observatoires de nouvelle génération qui permettront d'approfondir les études du ciel transitoire. Ces observatoires couvrent l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du spectre électromagnétique, depuis le domaine radio (p.e. Square Kilometer Array (SKA)), les observations optiques (p.e. Vera Rubin Observatory), les rayons X (p.e. SVOM, ATHENA), jusqu'aux rayons gamma de plus haute énergie (p.e. LHAASO, Cherenkov Telescope Array (CTA)). À cela s'ajoutent des améliorations significatives et la mise en service d'observatoires permettant de détecter de nouveaux messagers cosmiques provenant des phénomènes les plus violents de l'univers: neutrinos de haute énergie (IceCube-Gen2, KM3NeT, GVD) et ondes gravitationnelles (Virgo/LIGO/KAGRA, LISA).

La richesse des informations fournies par le réseau mondial d'observatoires, combinée avec la nécessité de réagir en temps réel pour capter les explosions les plus violentes de l'univers, exige de nouvelles approches et de nouveaux outils. Dans ce contexte, une équipe actuellement composées de 4 personnes (Fabian Schüssler, Atilla Kaan Alkan, Valentin Lefranc et Patrick Reichherzer) appartenant à L'IRFU/DPhP et à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Bochum a développé le logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements...) "Astro-COLIBRI", mis gratuitement à disposition des chercheurs mais aussi du public intéressé, sur internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...), iOS (Ios (en grec : Ίος / Íos) est une île de Grèce des Cyclades,...) et Android. Astro-COLIBRI est une plateforme qui évalue les alertes d'observations transitoires en temps réel, les filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) selon des critères spécifiés par l'utilisateur, ce qui permet de les placer dans leur contexte en termes de longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) et de type de messagers. Grâce à la génération rapide d'une vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) d'ensemble des sources constantes connues ainsi que des événements transitoires sur une carte du ciel, Astro-COLIBRI contribue à améliorer le potentiel de découverte des observations par coïncidences et du suivi des événements transitoires.


Figure 1: Astro-COLIBRI, un point central d'information sur les sources astrophysiques et les événements transitoires.

L'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du logiciel comprend du côté back-end un système d'alerte basé sur le cloud et une interface de programmation (Une interface de programmation (Application Programming Interface ou API) permet de définir la...) d'application (API) qui analyse et stocke les informations dans des bases de données statiques et temps réel. Côté utilisateur, sont mis à disposition un site web et des applications pour iOS et Android. Ces dernières fournissent une représentation graphique avec un résumé des données pertinentes pour permettre l'identification rapide de phénomènes intéressants ainsi qu'une évaluation des conditions d'observation pour une grande sélection d'observatoires dans le monde (Le mot monde peut désigner :). Fournissant un accès direct (Un logiciel fait un accès direct (aussi appelé accès aléatoire) à un...) à un grand nombre de services externes supplémentaires, Astro-COLIBRI devient le point central d'accès aux informations sur les sources astrophysiques et les événements transitoires (voir Fig. 1).

Illustré en Figure 2, Astro-COLIBRI est une architecture de cloud-computing complexe, centrée sur une interface de programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent...) (API). Les clients et les services externes peuvent envoyer des requêtes HTML à l'API par le biais de divers points d'accès publics et privés/protégés. L'API est construite en Python et le micro framework (En programmation informatique, un framework est un kit de composants logiciels structurels, qui...) Flask. Elle exécute des tâches spécifiques à forte intensité de calcul et renvoie un fichier ( Un fichier est un endroit où sont rangées des fiches. Cela peut-être un meuble, une pièce,...) JSON contenant les informations calculées et collectées à partir des bases de données. L'API fonctionne dans un conteneur (Dans le domaine du transport, un container (de l'anglais), parfois francisé en conteneur, est...) et peut donc être déployée de manière flexible sur n'importe quelle plateforme de cloud-computing. Actuellement, elle est hébergée sur le service Heroku.


Figure 2: Architecture de la plateforme Astro-COLIBRI.


Figure 3: Vue du ciel montrant la position de l'événement IceCube-170922A en noir ainsi que la position des autres sources du ciel actives pour la période de temps.spécifiée (en vert, les sources Fermi, en orange les sources Swift par exemple). A droite, des caractéristiques de l'événement sont données ainsi que sa visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de...) par le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) HESS au cours des 24 prochaines heures (L'heure est une unité de mesure  :).

Afin d'informer les utilisateurs de la manière la plus efficace possible et d'offrir une utilisation moderne et mobile, il a été décidé de développer en utilisant le framework open-source Flutter. Ce dernier permet avec le même langage de programmation (Un langage de programmation est un langage informatique, permettant à un être humain...) (Dart) de créer un site web, des applications iOS et Android de manière native. Comme une seule base de code commune est utilisée pour tous les clients, la maintenance du code demande moins d'effort et l'implémentation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de fonctionnalités supplémentaires est particulièrement rapide. Le site web est accessible via différentes URLs (par exemple, https://astro-colibri.com et https://astro-colibri.science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...)) et est hébergé dans Firebase qui fournit un accès performant et à faible latence. Une capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui...) d'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) du site web est présentée figure 3. Les clients sont connectés à la base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou...) en temps réel via des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) liés à une base de données hébergée chez Google (Google, Inc. est une société fondée le 7 septembre 1998 dans la Silicon Valley en Californie par...) appelée Firebase Firestore. Les événements transitoires qui intéressent l'utilisateur sont affichés via ces flux en temps réel et transmis via des notifications sur les appareils mobiles.

Astro-COLIBRI présente les événements organisés de manière temporelle, ainsi que d'autres événements transitoires en tenant compte des échelles de temps pertinentes pour chaque catégorie d'événement. Pour cela, Astro-COLIBRI utilise des recherches circulaires autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de l'événement sélectionné, dans lesquelles les sources et les événements transitoires sont affichés. Un exemple est présenté dans la vue du smartphone sur l'image de gauche de la figure 4. L'incertitude de la localisation de l'événement transitoire sélectionné est visualisée par l'ellipse noire.

Dans l'astronomie multi-longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) et multi-messagers, il y a une demande croissante pour une coordination rapide et efficace entre observatoires permettant le suivi d'événements transitoires. Astro-COLIBRI permet d'afficher la visibilité et l'observabilité à court et à long terme des événements transitoires pour tous les principaux observatoires ou pour un emplacement personnalisé. Les tracés de visibilité contiennent le suivi de l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) de la source, de l'altitude du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), de l'altitude de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...), de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de la Lune, de la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) Lune-source, etc.

La visibilité d'un événement pour l'observatoire sélectionné par l'utilisateur est affichée immédiatement. Les conditions d'observation exactes, y compris les observations possibles pendant le temps de présence de la Lune dans le ciel, sont calculées automatiquement pour les observatoires sélectionnés. L'image de droite de la figure 4 montre un exemple de tracé de visibilité pour l'observatoire H.E.S.S.. Grâce à un lien personnalisé vers le Tool for Observation visiBilitY and schedule (TOBY) de l'ESA, les utilisateurs ont également un accès direct à la visibilité et au calendrier (Un calendrier est un système de repérage des dates en fonction du temps. Ces systèmes ont été...) des observatoires spatiaux tels que INTEGRAL, Gaia, Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette...), Insight-HXMT, XMM-Newton et Swift.


Figure 4: Illustration de l'application pour smartphone d'Astro-COLIBRI.

L'utilisation d'Astro-COLIBRI est gratuite pour les astronomes professionnels et amateurs. Il est déjà régulièrement utilisé par les responsables des sources transitoires dans plusieurs observatoires (par exemple H.E.S.S., CTA/LST-1, SVOM, etc.). Le site web est disponible à l'adresse (Les adresses forment une notion importante en communication, elles permettent à une entité de...) https://astro-colibri.com et les applications pour smartphones sont disponibles dans les magasins d'applications appropriés (Android / iOS). De plus amples informations, des tutoriels, etc. sont disponibles sur notre chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) YouTube dédiée. Vous pouvez également nous suivre sur Twitter (Twitter est un outil de réseau social et de microblogage qui permet à...): @AstroColibri.

Un article décrivant les fonctionnalités d'Astro-COLIBRI est publié dans la revue Astrophysical Journal (P. Reichherzer et al 2021 ApJS 256 5, disponible aussi sur arXiv). Des exemples concrets d'utilisation sont décrits dans un autre article (F. Schüssler et al. PoS (ICRC2021) 935 (2021), disponible aussi sur arXiv).
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.111 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique