Découvrir des exoplanètes grâce à l'intelligence artificielle

Publié par Redbran le 12/11/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
En mettant en oeuvre des techniques d'intelligence artificielle similaires à celles utilisées dans les voitures autonomes, une équipe de l'UNIGE et de l'UniBE, en partenariat avec l'entreprise Disaitek, découvre une nouvelle méthode de détection d'exoplanètes.


La méthode utilise une représentation des données où la présence d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) (à droite) se perçoit comme une rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...) vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) (à gauche). L'image de droite représente le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) lumineux mesuré de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) Kepler-36 avec le tracé des éclipses dûes à la planète Kepler-36 b. © Dave Hoefler

La majorité des exoplanètes découvertes à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) l'ont été grâce à la méthode des transits. Cette technique se fonde sur une mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) éclipse (Une éclipse correspond à l'occultation d'une source de lumière par un objet physique. En...) provoquée lorsqu'une planète passe devant son étoile. La baisse de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) constatée permet de déduire l'existence d'une planète et d'en estimer le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...), après que les observations aient été confirmées de manière périodique. Or, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) prédit que dans de nombreux systèmes planétaires, les interactions entre planètes altèrent cette périodicité et rendent leur détection impossible. C'est dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) qu'une équipe d'astronomes des universités de Genève (UNIGE), de Bern (UniBE) et du NCCR PlanetS, en collaboration avec l'entreprise Disaitek, a utilisé l'intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens...) (IA) appliquée à la reconnaissance d'images. Ils et elles ont ainsi appris à une machine à prédire l'effet des interactions entre planètes, permettant de découvrir des exoplanètes impossibles à détecter jusqu'ici. Les outils développés, publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics, pourraient être utilisés sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), afin de débusquer des décharges et des dépôts de déchets illégaux.

La détection d'une planète par la méthode des transits est un long processus. Retrouver le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par de petites planètes dans les données peut s'avérer complexe, voire impossible avec les techniques usuelles, dans le cas où les interactions entre planètes altèrent la périodicité de ce phénomène de transit. Pour contrer cette difficulté, il est nécessaire de développer des outils qui peuvent prendre en compte cet effet.

"C'est pourquoi nous avons songé à utiliser l'intelligence artificielle appliquée à la reconnaissance d'images, explique Adrien Leleu, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE et au NCCR PlanetS. Il est en effet possible d'apprendre à une machine, en utilisant un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'exemples, à prendre en compte tous les paramètres et prédire l'effet des interactions entre planètes dans une représentation imagée de l'effet induit." Pour ce faire, les astronomes se sont associé-es à l'entreprise Disaitek par le biais de la Technology & Innovation Platform du NCCR.

Un réseau de neurones artificiels capables d'identifier les objets

"Le type d'IA employé dans ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) est un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de neurones dont le but est de déterminer, pour chacun des pixels d'une image, l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) qu'il représente", précise Anthony Graveline, président de Disaitek. Utilisé dans le cadre d'un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) autonome, cet algorithme permet de repérer la route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...), le trottoir (Un trottoir est un espace surélevé sur le côté des rues et réservé aux piétons.), les panneaux et les piétons perçus par la caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...). Dans le contexte de détection d'exoplanètes, le but est de déterminer, pour chaque mesure de luminosité de l'étoile, si l'éclipse d'une planète est observée. Le réseau de neurones prend sa décision en recoupant toutes les observations disponibles de cette étoile avec l'éventail de configurations vues durant son apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus...).

"Dès les premières implémentations de la méthode, nous avons découvert deux exoplanètes - Kepler-1705b et Kepler-1705c - qui avaient été totalement manquées par les précédentes techniques, révèle Adrien Leleu. Les systèmes planétaires ainsi découverts sont une mine d'or pour nos connaissances sur les exoplanètes, et plus particulièrement sur les planètes de type terrestre qui sont généralement difficiles à caractériser." La méthode développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) permet non seulement d'estimer le rayon des planètes, mais fournit aussi une information sur leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...); et donc sur leur densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) et leur composition. "L'utilisation de l'IA, en particulier la technique de l'apprentissage profond, est de plus en plus répandue en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...), que ce soit pour traiter des données d'observations comme dans cet article, ou pour analyser des résultats de gigantesques simulations numériques produisant des téraoctets de données. Ce que nous avons développé dans cette étude est un nouvel exemple du fantastique apport que ces techniques peuvent apporter dans notre domaine, et probablement dans tous les champs de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...)", s'enthousiasme Yann Alibert, professeur à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Berne et officier scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) du NCCR PlanetS.

Une technologie au service de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de la Terre

Si cette technique s'avère efficace pour l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) astronomique, elle peut se révéler tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) aussi utile pour l'observation de la Terre et de son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). "En développant cette technologie, nous nous sommes rapidement aperçus de son potentiel d'application à d'autres problèmes pour lesquels une faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de données est disponible", relève Grégory Châtel, responsable R&D chez Disaitek. À partir d'images satellites (Satellite peut faire référence à :) à très haute résolution, Disaitek utilise désormais cette IA pour traiter des problématiques environnementales, notamment la détection des dépôts sauvages de déchets et des décharges illégales. Ce fléau, en constante augmentation, ne trouve pas de réponse claire avec les moyens traditionnels.

Publication:
Cette recherche est publiée dans Astronomy and Astrophysics - DOI: 10.1051/0004-6361/202141471

Contacts:
- UNIGE: Adrien Leleu - Post-doctorant. Département d'astronomie. Faculté des sciences - Adrien.Leleu at unige.ch
- Disaitek: Grégory Châtel - Lead R&D - gchatel at disaitek.com
- UniBE: Yann Alibert - Professor. Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), recherche spatiale et sciences planétaires (WP) et NCCR PlanetS - yann.alibert at unibe.ch
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