Des astronomes ont combiné 116 observations d’un jet de trou noir supermassif issues de 27 années de données grâce à un réseau neuronal baptisé Kine. Publiée dans la revue Nature, cette reconstruction vidéo haute résolution du blazar 3C 345 révèle des composantes lumineuses semblant se déplacer de 10 à 13 fois la vitesse de la lumière.
L’observation détaillée de l’Univers lointain vient de franchir un cap technologique marquant grâce à l’intelligence artificielle. Une équipe de recherche a transformé des décennies de données d’archives en une animation continue d’une précision inédite, mettant en lumière la dynamique complexe d’un jet de plasma éjecté par un trou noir gargantuesque au centre d’une galaxie lointaine.
Le blazar 3C 345 et les 27 années de surveillance du réseau VLBA
L’objet de cette étude approfondie est le blazar 3C 345, situé dans la constellation d’Hercule. Un blazar appartient à la famille des quasars, ces trous noirs supermassifs très actifs situés au cœur de galaxies lointaines qui rejettent d’immenses flux de gaz dans leur environnement. Ces jets, chargés de rayons X et gamma hautement concentrés, progressent à des vitesses proches de celle de la lumière.
Pour capturer l’évolution de ce phénomène, les scientifiques se sont appuyés sur 116 images collectées entre 1995 et 2022. Ces clichés proviennent du Very Long Baseline Array (VLBA), un réseau interconnecté de dix radiotélescopes répartis sur l’ensemble du territoire américain. Ces observations s’inscrivent dans le cadre de programmes de suivi de sources de blazars tels que BEAM-ME et MOJAVE, ce dernier collectant spécifiquement ses données à une fréquence de 15 gigahertz.
Situé à un décalage vers le rouge de 0.593, le blazar 3C 345 présente une orientation très particulière. Son jet relativiste est incliné de seulement 3 à 6,8 degrés par rapport à notre axe de visée. Cette quasi-alignement géométrique amplifie la luminosité du jet et constitue la cause physique de son apparente vitesse supraluminique.
Le rôle de l’algorithme Kine dans la reconstruction vidéo
Le traitement traditionnel des données radio traite généralement chaque observation de manière isolée. Les légères variations de couverture des télescopes et les bruits de mesure créent des interférences d’une image à l’autre, compliquant la distinction entre le mouvement physique réel et les artéfacts visuels.
Pour surmonter ces limites, l’équipe a mis en œuvre un réseau neuronal nommé Kine, tel que détaillé dans l’étude parue dans la revue Nature. Contrairement aux générateurs de vidéo textuels, ce système intègre les lois physiques de l’interférométrie. L’algorithme représente la brillance et la polarisation en fonction de l’ascension droite, de la déclinaison et du temps.
Grâce à cette approche, la résolution effective moyenne s’établit à environ 113 microarcsecondes, soit environ 4,2 fois plus précise que le faisceau nominal de 475 microarcsecondes. La plage dynamique globale atteint quant à elle environ 500 000, dépassant d’un facteur 140 le résultat obtenu par les méthodes de traitement conventionnelles CLEAN sur ce même ensemble de données.
Vitesse apparente et remise en cause des modèles de chocs
L’analyse de la reconstruction continue a conduit à des observations inattendues concernant la vitesse du plasma. Les composantes les plus brillantes du jet affichent une progression apparente de 10 à 13 fois la vitesse de la lumière, tandis que le flux de gaz environnant se déplace à une vitesse évaluée entre 9 et 12 fois celle de la lumière.
Ces mesures correspondent à des vitesses apparentes projetées et ne constituent en aucun cas une violation des lois de la relativité restreinte. Le jet se déplace à un rythme proche de celui des photons tout en pointant presque directement vers la Terre, ce qui comprime les intervalles temporels entre les signaux reçus et donne une illusion géométrique de vitesse supraluminique.
L’implication majeure de ces travaux réside dans la confrontation entre ces données cinématiques et les théories en vigueur. Jusqu’à présent, la communauté scientifique considérait que les nœuds brillants observés le long des jets étaient des perturbations provoquées par des ondes de choc se propageant dans le plasma.
L’absence de corrélation marquée entre ces caractéristiques lumineuses et les pics de polarisation fractionnelle fragilise l’hypothèse d’une région fortement secouée par des chocs. Marianna Foschi a précisé que leur travail n’invalide pas le modèle des chocs en général, mais le remet en question, du moins dans le cas de cette source spécifique.
Perspectives pour l’astronomie observationnelle
L’utilisation de champs neuronaux pour analyser des observations d’interférométrie à très longue base ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des noyaux galactiques actifs. En s’affranchissant des limites imposées par l’espacement physique des antennes radio, cette méthode permet de modéliser l’évolution temporelle de sources variables avec un niveau de détail inédit.
L’équipe de recherche souligne que la précision obtenue dépend directement de la quantité, de la cadence et de la qualité des données initiales. Forts de ces résultats sur le blazar 3C 345, les scientifiques manifestent l’intention d’étendre l’application de Kine à d’autres ensembles de données astronomiques afin de déterminer si ce comportement atypique s’observe également dans d’autres jets relativistes à travers l’univers.
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