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L’algorithme d’IA supprime le flou de l’univers

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L’algorithme d’IA supprime le flou de l’univers

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Image simulée pour correspondre aux paramètres de l’enquête sur le patrimoine spatial et temporel de l’observatoire Vera C. Rubin (LSST). Pour simuler l’image, les chercheurs ont pris des images haute résolution et de forme libre de l’atmosphère du télescope spatial Hubble (dans l’ensemble de données COSMOS), simulé les effets atmosphériques à l’aide d’un progiciel appelé GalSim avec des paramètres LSST attachés, puis sous-échantillonné à la résolution inférieure. de LSST. Crédit : Emma Alexander/Northwestern University

L’univers serait bien meilleur si l’atmosphère terrestre ne le bombardait pas d’images en permanence.

Même les images obtenues par les meilleurs télescopes au sol du monde sont floues en raison des poches d’air qui se déplacent dans l’atmosphère. Bien que ce flou semble inoffensif, il obscurcit les formes des objets dans les images astronomiques, entraînant parfois des mesures physiques erronées qui sont essentielles à la compréhension de la nature de notre univers.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université Northwestern et de l’Université Tsinghua de Pékin ont révélé une nouvelle stratégie pour résoudre ce problème. L’équipe a adapté un algorithme de vision par ordinateur bien connu utilisé pour affiner les images et, pour la première fois, l’a appliqué à des images astronomiques provenant de télescopes au sol. Les chercheurs ont également formé un algorithme d’intelligence artificielle (IA) sur des données simulées pour correspondre aux paramètres d’imagerie de l’observatoire Vera C. Rubin, de sorte que lorsque l’observatoire ouvrira l’année prochaine, l’instrument sera instantanément compatible.

Alors que les astrophysiciens utilisent déjà des techniques pour supprimer le flou, l’algorithme modifié basé sur l’IA s’exécute plus rapidement et produit des images plus réalistes que les technologies actuelles. Les images résultantes sont sans flou et plus réalistes. C’est aussi joli, même si ce n’est pas à cela que sert la technologie.

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« Souvent, le but de la photographie est d’obtenir une belle et belle image », a déclaré Emma Alexander de la Northwestern University, auteur principal de l’étude. « Mais les astrophotos sont utilisées en science. En nettoyant les images de la bonne manière, nous pouvons obtenir des données plus précises. L’algorithme supprime l’atmosphère de manière algorithmique, permettant aux physiciens d’obtenir de meilleures mesures scientifiques. Et à la fin de la journée, les images ne mieux aussi. » .

Regardez le bruit disparaître à mesure que les images passent du traitement « avant » au traitement « après ». Crédit : Université du Nord-Ouest

La recherche sera publiée le 30 mars dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Alexander est professeur adjoint d’informatique à la McCormick School of Engineering de la Northwestern University, où elle dirige le Life-Inspired BioVision Lab. Elle a co-dirigé la nouvelle étude avec Tianao Li, étudiante de premier cycle en génie électrique à l’Université Tsinghua et stagiaire de recherche au laboratoire Alexander.

Lorsque la lumière est émise par des étoiles, des planètes et des galaxies éloignées, elle traverse l’atmosphère terrestre avant de toucher nos yeux. Notre atmosphère bloque non seulement certaines longueurs d’onde de lumière, mais elle déforme également la lumière qui atteint la Terre. Même un ciel nocturne clair contient encore de l’air en mouvement qui affecte le passage de la lumière à travers lui. C’est pourquoi les étoiles scintillent et pourquoi les meilleurs télescopes au sol sont situés à haute altitude, là où l’atmosphère est la plus fine.

« C’est un peu comme regarder du fond d’une piscine », a déclaré Alexander. « L’eau pousse et déforme la lumière. L’atmosphère, bien sûr, est beaucoup moins dense, mais c’est un concept similaire. »

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Les chercheurs ont utilisé un algorithme d’intelligence artificielle pour supprimer le flou dans l’atmosphère, révélant l’image photoréaliste. Crédit : Emma Alexander/Northwestern University

Le flou devient un problème lorsque les astrophysiciens analysent des images pour en extraire des données cosmiques. En étudiant les formes apparentes des galaxies, les scientifiques peuvent détecter les effets gravitationnels des structures cosmiques à grande échelle, qui dévient la lumière sur son chemin vers notre planète. Cela peut faire apparaître une galaxie elliptique plus ronde ou allongée qu’elle ne l’est réellement. Mais le flou atmosphérique déforme l’image d’une manière qui déforme la forme de la galaxie. La suppression du flou permet aux scientifiques de collecter des données précises sur la forme.

« De légères différences de forme peuvent nous renseigner sur la gravité dans l’univers », a déclaré Alexander. « Il est vraiment difficile de détecter ces différences. Si vous regardez une image d’un télescope au sol, la forme peut être déformée. Il est difficile de dire si cela est dû à l’effet de la gravité ou de l’atmosphère. »

Pour relever ce défi, Alexander et Lee ont combiné un algorithme d’optimisation avec un réseau d’apprentissage en profondeur formé sur des images astronomiques. Parmi les images de formation, l’équipe a inclus des données simulées qui correspondaient aux paramètres d’imagerie attendus de l’observatoire Rubin. L’outil résultant a produit des images avec une erreur inférieure de 38,6 % par rapport aux méthodes traditionnelles de suppression du flou et une erreur inférieure de 7,4 % par rapport aux méthodes modernes.

Lorsque l’observatoire Rubin ouvrira officiellement ses portes l’année prochaine, ses télescopes commenceront une étude approfondie d’une décennie sur une énorme partie du ciel nocturne. Au fur et à mesure que les chercheurs ont formé le nouvel outil sur des données spécialement conçues pour simuler les prochaines images Robin, il pourra aider à analyser les données d’enquête très attendues.

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Pour les astronomes intéressés par l’utilisation de l’outil, le code open source et facile à utiliser et les didacticiels qui l’accompagnent sont un succès. Disponible en ligne.

« Maintenant, nous transmettons cet instrument et le mettons entre les mains d’experts en astronomie », a déclaré Alexander. « Nous pensons que cela pourrait être une ressource précieuse pour les relevés du ciel afin d’obtenir les données les plus réalistes possibles. »

Plus d’information:
Déconstruire une image de galaxie de faible lentille gravitationnelle avec un ADMM plug-and-play, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2023).

Informations sur la revue :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

L’eau douce provenant de sources atmosphériques est apparue sur Terre il y a environ 4 milliards d’années, soit 500 millions d’années plus tôt qu’on ne le pensait, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience.

Lorsque la Terre s’est formée pour la première fois il y a environ 4,5 milliards d’années, au début de la période géologique connue sous le nom d’Hadéen, elle était initialement en fusion. Au fur et à mesure que sa couche externe se refroidissait, la croûte de la planète s’est formée. Cependant, la chronologie de l’apparition des réservoirs d’eau douce sur Terre reste jusqu’à présent incertaine.

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Sanglant pour se mettre à l'abri du sang

Simuler la Terre à ses débuts

(Image : Simon Marchi/NASA)

Les chercheurs ont trouvé des traces d’eau douce dans d’anciens cristaux de zircon des Jack Hills en Australie occidentale. En effectuant une analyse isotopique de l’oxygène sur ces cristaux, ils ont déterminé le début du cycle hydrologique. Résistants aux intempéries et aux changements environnementaux, ces zircons sont les plus anciens de la Terre et fournissent des informations rares et profondes sur les débuts de l’histoire de la planète.

« Nous avons pu retracer les origines du cycle hydrologique, qui est le mouvement continu de l’eau entre la terre, les océans et l’atmosphère à travers des processus tels que l’évaporation et les précipitations, Dr Hamid Jamal Al-Din, chercheur principal à l’École de la Terre et des précipitations. Les sciences planétaires de l’Université Curtin et de l’Université Khalifa aux Émirats arabes unis ont déclaré : Ce cycle est essentiel au maintien des écosystèmes et de la vie sur notre planète.

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Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.

Le Dr Hugo K. H. Ollerock tient la roche contenant les cristaux de zircon qui ont permis de déterminer la découverte.

(Image : Université Curtin)

Le Dr Jamal Al-Din a expliqué que l’analyse d’anciens zircons a retardé de 500 millions d’années l’apparition de l’eau douce sur Terre. « En examinant de petits cristaux de zircon, nous avons trouvé des signatures isotopiques de l’oxygène exceptionnellement légères, qui indiquent une interaction avec l’eau douce plutôt qu’avec l’eau salée de l’océan, remontant à 4 milliards d’années », a-t-il déclaré.

Les isotopes légers de l’oxygène résultent généralement de réactions entre l’eau chaude et douce et les roches situées à plusieurs kilomètres sous la surface de la Terre. « Pour que les zircons que nous avons analysés aient des signatures d’oxygène aussi légères, les roches doivent avoir été altérées par l’eau douce, fondues, puis solidifiées à nouveau : « Cette preuve de l’eau douce il y a 4 milliards d’années remet en question l’hypothèse. théorie selon laquelle « La Terre était entièrement recouverte par l’océan à cette époque ».

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Jacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderneJacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderne

L’endroit où la roche a été trouvée

(Image : NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS et équipe scientifique américano-japonaise ASTER)

Le Dr Hugo KH Ollerock, également de l’École des sciences de la Terre et des planètes de l’Université Curtin et membre de l’équipe de recherche, a souligné l’importance de cette découverte pour comprendre la formation de la Terre et l’origine de la vie.

« Cette découverte met non seulement en lumière les débuts de l’histoire de la Terre, mais suggère également que les continents et l’eau douce ont ouvert la voie à l’émergence de la vie dans un laps de temps relativement court, moins de 600 millions d’années après la formation de la Terre. Nos recherches représentent une avancée majeure. dans la compréhension des débuts de l’histoire de la Terre et ouvre les portes aux études futures sur les origines de la vie.

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

Les astronomes ont découvert le carbone connu le plus éloigné de l’univers, remontant à seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte – issue du télescope spatial Webb de la NASA – a utilisé les observations infrarouges de l’actuel Advanced Extragalactic Deep Survey pour identifier le carbone dans une toute jeune galaxie qui s’est formée peu de temps après la nuit des temps.

Les résultats obligeront probablement les cosmologistes et les théoriciens à repenser une grande partie de tout ce qu’ils savent sur l’enrichissement chimique de notre univers.

Dans une recherche acceptée pour publication dans la revue Astronomie et astrophysiqueUne équipe internationale dirigée par des astronomes de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a détaillé ses observations de cette ancienne galaxie, connue sous le nom de GS-z12. Il est situé à un redshift supérieur à 12, près de l’aube cosmique.

« Il s’agit non seulement de la première découverte confirmée de carbone, mais aussi de la première découverte confirmée de tout élément chimique autre que les éléments primitifs produits par le Big Bang (hydrogène, hélium et traces de lithium), Francesco DiEugenio, auteur principal de l’article. . Un astrophysicien de l’Université de Cambridge me l’a dit par e-mail.

La découverte de ce carbone si tôt dans l’histoire cosmique pourrait également signifier que quelque part là-bas, la vie aurait pu démarrer plus tôt que prévu.

Cette découverte remet également en question nos modèles d’évolution chimique, dit DiEugenio. « Nous ne nous attendions pas à voir des abondances aussi élevées de carbone en oxygène avant plus tard dans l’histoire de l’univers », dit-il. Par conséquent, notre découverte indique des canaux d’enrichissement chimique nouveaux et inattendus dans l’univers primitif, explique Diogenio.

En raison de la faiblesse exceptionnelle de ces galaxies lointaines, l’équipe n’a pu détecter le carbone qu’après environ 65 heures d’observations par spectroscopie proche infrarouge.

Les astronomes utilisent la spectroscopie pour étudier l’absorption et l’émission de lumière et d’autres rayonnements par la matière. Chaque élément possède sa propre empreinte chimique qui apparaît dans le spectre de la cible céleste, ce qui a permis dans ce cas d’identifier de manière surprenante le carbone à des époques aussi précoces.

Comment ce carbone a-t-il été créé ?

Diogenio dit que le Big Bang n’a produit que de l’hydrogène, de l’hélium et des traces de lithium. Par conséquent, ce carbone – et tout le carbone de l’univers – doit avoir été produit à l’intérieur des étoiles, dit-il. Une partie du carbone est produite dans des étoiles massives à courte durée de vie, et une autre dans des étoiles de faible masse à longue durée de vie, explique DiEugenio.

Carbone via supernovae

Dans GS-z12, qui a une masse d’environ 50 millions de masses solaires seulement, nous pouvons exclure le deuxième scénario, car l’univers était si jeune que les étoiles de faible masse n’avaient pas assez de temps pour apporter des quantités significatives de carbone, explique DiEugenio. . Il dit que cela signifie qu’il a été produit dans des étoiles massives. Cependant, le rapport carbone/oxygène que nous observons dans GS-z12 ne correspond pas à celui des étoiles massives connues, explique Diogenio. C’est pourquoi nous pensons que cette découverte de carbone pourrait avoir été produite dans des types d’étoiles massives plus exotiques, telles que les étoiles du troisième groupe, dit-il.

Les étoiles du groupe III sont un groupe théorique des premières étoiles de l’univers.

Selon certains modèles, lorsque ces premières étoiles ont explosé en supernova, elles auraient pu libérer moins d’énergie que prévu initialement, suggère l’Université de Cambridge. Dans ce cas, il s’agit du carbone, qui était présent dans l’exosphère des étoiles et était moins lié gravitationnellement que l’oxygène, selon l’université. Par conséquent, ce carbone aurait pu s’échapper plus facilement et se propager dans toute la galaxie, tandis qu’une grande quantité d’oxygène serait retombée et s’effondrerait dans un trou noir, a expliqué l’université.

Ce carbone serait-il le résultat d’une étoile de Population III devenue supernova ?

« Nous ne savons pas avec certitude quel type d’étoile a produit ce carbone », explique DiEugenio. Cependant, étant donné le temps très court disponible pour l’évolution stellaire, celle-ci doit provenir d’explosions de supernova provoquées par la mort d’étoiles massives, explique Diogenio. Selon lui, des preuves allant de l’univers local jusqu’à un milliard d’années après le Big Bang montrent que le rapport carbone/oxygène produit par les supernovae est bien inférieur à ce que nous observons dans cette galaxie.

Rapports carbone/oxygène

Expliquer le rapport carbone/oxygène élevé observé dans le GS-z12 est difficile dans le cadre actuel, explique DiEugenio. Dans ce contexte, il existe certains scénarios théoriques dans lesquels les supernovae du groupe III produisent des ratios carbone/oxygène élevés ; Il dit que ce serait un scénario approprié, mais qu’il doit être confirmé.

Quant au carbone découvert ?

Diogenio dit qu’il a été produit dans l’une des coques internes brûlant de l’hélium d’une étoile massive alors qu’elle était sur le point de devenir une supernova. Il dit que lorsque l’étoile est devenue supernova, son gaz riche en carbone est revenu dans la galaxie.

C’est à ce moment-là qu’il est devenu détectable.

Ces premières supernovae et leurs sous-produits représentent les premières étapes de l’enrichissement chimique cosmique. Des milliards d’années plus tard, cette évolution chimique a conduit à l’émergence d’un groupe de galaxies telles que notre propre Voie Lactée ; Chimiquement riche et – sur cette planète du moins – regorgeant de vie basée sur le carbone.

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

Le système stellaire est situé à 3 400 années-lumière.

Vendredi, l’Agence spatiale européenne (ESA) a publié une image étonnante d’un mystérieux système stellaire. L’étoile est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique de glace et de feu », notant qu’elle devient de plus en plus chaude et faible.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « éruption semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois.

« C’est l’histoire de deux étoiles : une géante rouge fait généreusement don de matière à sa compagne naine blanche, créant ainsi un spectacle éblouissant. Du brouillard rouge ? Ce sont les vents forts de la géante rouge ! ️Mais Mira HM Sge est un véritable mystère. En 1975, les astronomes ont été surpris par une explosion semblable à une nova, mais contrairement à la plupart des novae, elle n’a pas disparu. Depuis, il fait plus chaud mais plus faible ! », lit-on dans la légende du message. Le message comprend quatre images qui, ensemble, constituent l’image complète du système stellaire symbiote.

Voir les photos ici :

Les astronomes ont utilisé de nouvelles données de Hubble et du SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) de la NASA, ainsi que des données d’archives d’autres missions, pour revisiter le système stellaire binaire.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, indiquant la présence d’un disque de matière en rotation.

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Entre avril et septembre 1975, la luminosité du système binaire HM Sagittae a été multipliée par 250. Récemment, des observations montrent que le système est devenu plus chaud, mais paradoxalement s’est légèrement atténué.

En réponse à l’image, un utilisateur a écrit : « C’est vraiment incroyable la danse des échanges matériels entre la géante rouge et la naine blanche. »

Un autre a commenté : « C’est tellement beau et mystérieux, j’adore ça. » Un troisième a déclaré : « Superbes clichés ».

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