Neal Dalal : Affiner notre vision de l’univers

Neal Dalal veut photographier l’invisible. 

Cela semble impossible, dit-il, simplement parce que personne ne l’a encore fait. 

Dalal envisage un avenir pas trop lointain où, en collaboration avec des scientifiques du monde entier, il combinera leurs expertises et leurs technologies pour photographier les objets les plus mystérieux et insaisissables de l’univers. 

Les trous noirs ne veulent pas être vus. Ils engloutissent tout, y compris la lumière, ce qui les rend visibles uniquement par le chaos tourbillonnant juste à l’extérieur de leur horizon des événements, point de non-retour. Ils sont petits, lointains et difficiles à photographier. 

L’image emblématique d’un « beignet » orange flou publiée en 2019 par la collaboration avec le télescope Horizon des événements « Event Horizon Telescope (EHT) », a donné au monde un premier aperçu de l’« ombre » d’un trou noir, représentant le puits gravitationnel supermassif au centre de la galaxie M87. 

Si cette image obtenu grâce au télescope EHT représente la première image d’un trou noir à ses débuts, il imagine que la prochaine image sera un portrait haute définition d’une netteté suffisante pour révéler la personnalité unique du trou noir. Alors que le télescope EHT a utilisé un réseau de radiotélescopes travaillant en tandem pour capturer ses données sur le trou noir, M. Dalal souhaite obtenir une image des milliers de fois plus nette en utilisant la lumière visible et un réseau de télescopes focalisés comme un œil unique de la taille d’une planète. 

« Imaginez s’il était possible de faire ce que le télescope EHT a fait, mais en utilisant la lumière visible au lieu des ondes radio », explique M. Dalal. « Nous pourrions alors obtenir une image d’un mégapixel du trou noir de notre galaxie. » 

M. Dalal a consacré sa carrière à l’étude des secrets les mieux gardés de l’univers. Avant de rejoindre le corps professoral de l’Institut Périmètre en 2017, M. Dalal a mené des recherches sur les neutrinos en tant que boursier au Centre d’études avancées de l’Université de l’Illinois et a étudié la structure cosmique à grande échelle à l’Institut d’études avancées de Princeton. Certains de ses travaux récents impose des contraintes sur la matière noire « floue » ultralégère dans les galaxies naines. D’autres recherches révèlent comment les halos de matière noire façonnent les signaux de lentille gravitationnelle. 

Il adore les mystères, surtout les plus grands. Et parmi les mystères, peu sont aussi intrigants que les trous noirs. 

Les astrophysiciens ont longtemps cru que les trous noirs, par leur définition même, ne pouvaient pas être photographiés (à supposer qu’ils existent). Les progrès technologiques réalisés au cours de la dernière décennie ont permis d’atteindre la précision à la fraction de seconde et la puissance de traitement des mégadonnées nécessaires pour obtenir les résultats du télescope EHT. Les avancées technologiques récentes, en partie alimentées par l’IA, accélèrent encore davantage les percées. 

M. Dalal estime que les technologies de précision ont enfin rattrapé les aspirations théoriques des astrophysiciens. 

« Cette idée a été inventée il y a des décennies. C’est ce qu’on appelle l’interférométrie d’intensité », explique M. Dalal, décrivant comment un réseau de télescopes peut combiner des flux lumineux plutôt que des ondes radio, ce qui améliore la résolution angulaire de plusieurs ordres de grandeur. 

Au cours des décennies qui ont suivi la proposition de cette idée, les technologies indispensables à sa concrétisation ont connu une explosion. Une révolution dans le domaine des capteurs quantiques permet de détecter la lumière entrante avec une précision sans précédent. 

« Ces détecteurs quantiques peuvent mesurer les photons individuels à mesure qu’ils atteignent notre détecteur, un par un », explique Dalal. « Ils sont capables de mesurer le temps d’arrivée avec une précision incroyable. Si vous mesurez les temps d’arrivée des photons sur les deux télescopes, vous pouvez… reconstituer l’apparence du ciel avec une précision angulaire extrêmement élevée. » 

En terme simple, il s’agit d’une nouvelle façon de voir. 

Puisque les chercheurs travaillent avec la lumière visible, dont la longueur d’onde est « des milliers de milliers de fois plus petite que celle des ondes radio », la résolution angulaire de leurs images est considérablement améliorée. Plus la longueur d’onde est petite, plus les détails sont nets. Les beignets oranges flous deviennent des images nettes de disques d’accrétion, d’anneaux de photons et de jets d’énergie rayonnants. 

Parallèlement aux progrès de la détection quantique, une autre technologie a émergé, à un moment presque incroyable, pour accélérer la recherche. 

« Nous assistons également à une autre révolution en cours en ce moment, celle de la révolution de l’IA », explique M » Dalal, dont les collaborateurs à l’Institut Périmètre et ailleurs « utilisent certaines de ces méthodes modernes d’IA pour faciliter l’analyse des données ». 

Des technologies qui se développaient autrefois de manière indépendante dont la détection quantique, la synchronisation à l’échelle du photon et l’apprentissage automatique, convergent, ce qui, selon M. Dalal, accélère le passage des idées du tableau noir au laboratoire. Il y a encore 10 ans, le portrait haute résolution d’un trou noir imaginé par Dalal aurait relevé de la pure spéculation. Aujourd’hui, il est tout à fait réalisable. 

« Tous les éléments nécessaires à la réalisation d’un tel dispositif ont déjà été mis au point », explique-t-il. « Il ne manque plus qu’une volonté collective. Si nous parvenions à convaincre la communauté de se mobiliser pour soutenir un tel projet, je suis persuadé que cela transformerait véritablement l’astrophysique. »