Katie Bouman et l'algorithme qui a déchiffré l'une des plus grandes énigmes de l'univers

Katie Bouman a conçu l’algorithme permettant de reconstituer la première image réelle d’un trou noir capable

Hier, une bonne partie du monde était enceinte et même émerveillée par l'annonce de la première image d'un trou noir, sans doute l'un des phénomènes les plus énigmatiques de tout ce qui se passe dans le cosmos. Comme nous l’avons dit dans la note respective, les trous noirs sont en gros des zones de l’espace-temps où la force gravitationnelle est si intense qu’aucune particule n’échappe à son attraction, ce qui conduit à son vortex même les particules les plus élémentaires, ou les photons du spectre. qui est fait la lumière. D'où son nom, à cause de l'endroit où il se trouve, il n'y a que l'obscurité et le vide.

De par ces caractéristiques, entre autres, il avait été impossible jusqu'à hier à l'être humain d'obtenir une image fiable dudit phénomène. Cependant, grâce aux efforts de plusieurs agences et observatoires spatiaux réunis dans le cadre du projet Event Horizon Telescope (EHT), il a été possible hier de faire connaître cette image, devenue historique.

En résumé, le projet Event Horizon Telescope consistait à coordonner les actions de huit télescopes radiaux dans différentes parties de la planète (principalement dans les Amériques, plus un en Espagne, un autre à Hawaii et un autre au pôle Sud) pour obtenir un télescope. virtuelle de la taille de notre planète et, par conséquent, beaucoup plus puissante et efficace. Grâce à une technique appelée interférométrie, il a été possible de combiner les signaux radio obtenus dans lesdites installations pour obtenir une image beaucoup plus fiable et précise de l'objectif en question, en l'occurrence le trou noir supermassif détecté dans la constellation du Sagittaire A, 25 000 640 années-lumière de la Terre.

À ce stade, il pourrait être utile de préciser que les informations obtenues dans les observatoires attachés à l’HEH ne sont pas des images visuelles similaires à celles que nous observons au télescope, mais des signaux radio émis par les différents corps et phénomènes présents dans l’univers et qu'il est possible de détecter grâce aux antennes conçues à cet effet. Ces antennes obtiennent alors non pas une image en tant que telle, mais des informations qu'il est ensuite nécessaire de reconstruire pour obtenir une image adaptée à notre perception.

Cela dit, le projet EHT peut sembler plus compréhensible. En additionnant les signaux obtenus non pas par un ou deux télescopes radiaux, mais par huit, il semble logique qu’au moment de la reconstruction de l’information reçue, on obtienne une image beaucoup plus nette de ce qui est observé. Ceci, du moins en théorie.

Mais comment réinterpréter et reconstruire des informations de ce type aujourd'hui? En fait, d’une certaine manière et à une échelle très différente, cela se produit tous les jours sous nos yeux, et cela dure en fait depuis plusieurs décennies. Les images que nous voyons à la télévision ou, à notre époque, sur les écrans de nos téléphones et de nos ordinateurs n'existent sous cette forme que lorsqu'elles sont passées par différentes machines ayant codé et décodé leurs informations plusieurs fois jusqu'à ce qu'elles soient lisibles par nous. Des informations qui nous semblent désormais quotidiennes comme une photographie sur Facebook, un message vocal ou le chapitre de notre série préférée nous parviennent après avoir été transformées à plusieurs reprises en informations élémentaires capables de se déplacer d'un point à un autre de la planète et Acquérir sa forme originale où ils sont demandés.

La clé d'une telle reconstruction réside dans les algorithmes, la base des systèmes informatiques qui prennent ce nom pour le simple fait qu'ils calculent des données. Lorsque l’être humain était capable de réduire certaines formes de ses informations à deux alternatives élémentaires - oui ou non, 0 ou 1, activé ou désactivé -, les ordinateurs avaient la possibilité de traiter des processus dont la caractéristique principale était la répétition. Si une opération est répétitive et que ses options d'action sont 0 ou 1, il est alors possible de l'exprimer sous la forme d'un algorithme pouvant à son tour être interprété par une machine. Les langages de programmation ne sont rien d'autre que l'expression dans un vocabulaire spécifique et la syntaxe des instructions qu'une machine doit suivre.

Dans le cas du projet EHT et des informations recueillies par les observatoires participants, le traitement qui a conduit à son interprétation a nécessité un algorithme. Et ce fut le travail d'un jeune scientifique de 29 ans dont le nom, justement, a également fait le tour du monde, avec l'image qu'il était possible d'obtenir avec son ingéniosité: Katie Bouman.

Étudiant en informatique au prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT), Bouman était en charge de la partie du projet qui développait l'algorithme permettant de reconstruire l'image du trou noir des vagues de radio obtenue par l'EHT. Il y a quelques années, dans un article de 2016, la jeune femme disait à propos des difficultés de ce projet qu'obtenir une image de ce phénomène était un peu à cause de la distance à laquelle il se trouve, comme vouloir photographier un raisin à la surface de la Lune. . En ce qui concerne le modèle mathématique utilisé, cela a été dit alors:

[…] On pourrait considérer le modèle comme une feuille de caoutchouc recouverte de cônes espacés régulièrement, dont les hauteurs varient, mais dont les bases ont toutes le même diamètre.

Ajuster le modèle aux données interférométriques consiste à ajuster la hauteur des cônes, qui peut être nulle pour les longues sections, ce qui correspond à une feuille plate. Traduire le modèle en image visuelle revient à le recouvrir d’une pellicule de plastique: le plastique se tendra entre les sommets voisins, mais s’appuiera sur les côtés des cônes adjacents aux régions plates. L'altitude de la pellicule plastique correspond à la luminosité de l'image. Comme cette altitude varie continuellement, le modèle conserve la continuité naturelle de l'image.

En outre, l’une des images les plus singulières de Bouman ayant circulé au cours des dernières heures, où il est heureusement observé à côté de quelques objets métalliques qui ne sont rien d’autre que des disques durs, des batteries et des batteries de disques durs. ils ne contenaient rien de plus que les informations obtenues par les télescopes EHT, qui étaient tellement (5 pentaoctets, près de 2 000 disques durs de 1 téraoctet chacun) qu’au lieu de les transmettre sur Internet, il était beaucoup plus pratique de les transporter physiquement. C'était le volume d'informations traité par l'algorithme de Bouman.

En plus de la success story ou de l'inspiration que nous voyons dans la trajectoire de Bouman, cette affaire peut également nous aider à montrer pourquoi les algorithmes ont conquis des domaines importants de notre vie actuelle, car ils offrent souvent la preuve que, comme déjà Descartes a déclaré dans son discours sur la méthode qu'il n'y avait pas de tâche impossible, aussi complexe que cela puisse paraître, si nous pouvions la diviser en parcelles abordables et réalisables en utilisant notre raison et nos connaissances.

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