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Article paru le 8 juillet 2016
« Si les planètes sont habitées, quelle étendue pour la folie : si elles ne sont pas habitées, quelle perte de place » a écrit l'auteur Thomas Carlyle (1795-1881), cité par le regretté André Brahic dans l'avant-propos de son dernier livre Terres d'ailleurs. Il songeait sans doute aux seules planètes qui tournent autour du Soleil, une étoile comme tant d'autres. Aujourd'hui, à la mi-2016, 3.443 exoplanètes sont connues et parmi elles, une vingtaine sont considérées comme potentiellement habitables. Le bilan est très satisfaisant en deux décennies d'exploration mais les projections des astronomesastronomes estiment qu'elles sont probablement des dizaines de milliards dans toute la Galaxie... Alors combien sont vraiment habitables, voire habitées ?
C'est en disséquant la lumière de leur étoile traversant -- ou réfléchie par -- leur atmosphèreatmosphère que les chercheurs peuvent faire connaissance avec ces mondes et ainsi déterminer leur habitabilité -- entre autres paramètres -- selon leurs compositions. Mais la liste d'attente ne cesse de s'allonger et c'est une tâche délicate et fastidieuse qui réclame beaucoup de temps pour qui les examinent une par une. C'est pourquoi une équipe dirigée par Ingo Waldmann de l'UCL (University College London) a donné naissance à Robert (Robotic Exoplanet Recognition). Ils ont présenté cet algorithme à leurs pairs le 28 juin à l'occasion des Rencontres nationales d'astronomie (NAM) qui se tenaient à Nottingham.
« Les cerveaux humains sont vraiment bons pour identifier [les "empreintes" de caractéristiques associées aux différentes molécules ou gazgaz] dans les spectresspectres et les étiqueter selon l'expérience, mais c'est un travail qui prend vraiment beaucoup de temps et il va y avoir d'énormes quantités de données à traiter » souligne le chercheur. Avec Robert, ce qui prenait plusieurs jours ou semaines ne prend plus que quelques secondes.
À quoi rêve Robert ? À une autre Terre comme ici vue au prisme de la peinture de Claude Monet. © Waldmann, UCL, Gatys
Qui est Robert ?
Robert est un algorithme de type DBN (Deep belief neural networkneural network), une architecture particulière de réseaux neuronaux d'apprentissage profondapprentissage profond, souvent employée pour la reconnaissance vocalereconnaissance vocale, les recherches sur InternetInternet et le suivi du comportement des consommateurs. Dans ce cas présent, il se compose de trois « couches de neuronesneurones » (sous forme logicielle). L'information entrée est traitée par une première couche de 500 neurones puis transmise à une seconde de 200 neurones qui, après les avoir tamisées, les envoie à la troisième constituée de 50 neurones, laquelle enfin rend son verdict quant à la présence des gaz et molécules.
Pour entraîner Robert, l'équipe a simulé un total de 85.750 spectres, soit 17.150 pour chacune des cinq exoplanètes représentatives (de la planète-océan à la Jupiter chaudeJupiter chaude) : WASP-12b, HD 189733b, HD209458b, HAT-P-11b, GJ1214b. Chaque spectre ne concernait qu'une seule espèceespèce. Son taux de reconnaissance a atteint 99,7 % de réussite à la fin de cette phase d'apprentissage.
« Robert a appris à prendre en compte des facteurs tels que le bruit, les gammes de longueurs d'ondelongueurs d'onde restreintes et des mélanges de gaz, rapporte Ingo Waldmann. Il peut distinguer des composants tels que l'eau et le méthane, et cela même lorsque les données proviennent d'étroites bandes de longueurs d'onde et quand ces informations se chevauchent. »
Les rêves de Robert
Une situation inverse peut se produire aussi : Robert peut entrer en « état de rêve » et imaginer un spectre. « Les robotsrobots font vraiment des rêves, explique le chercheur. Nous pouvons lui demander de rêver à quoi peut ressembler un spectre de l'eau et il s'est montré précis. »
C'est une faculté très intéressante qui peut permettre de combler des lacunes dans les données collectées sur les atmosphères d'exoplanètes avec par exemple le télescope spatialtélescope spatial James Webb (dont le lancement est prévu en 2018) ou les futurs satellites européens dédiés à leur étude, Twinkle et Ariel. « La quantité de données que ces missions fourniront sera à couper le souffle, s'enthousiasme le père du programme. Robert jouera un rôle inestimable pour nous aider à analyser les données de ces missions et découvrir ce que nous cachent ces mondes lointains. »
