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Le premier milliard d’années de l’Univers simulé grâce à l’intelligence artificielle

21/10/2019

Une équipe de l’Observatoire astronomique de Strasbourg est parvenue pour la première fois à entraîner une intelligence artificielle à simuler le transfert du rayonnement des premières galaxies de l’Univers. Des résultats parus dans la revue « Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ».

Jonathan Chardin utilise les serveurs de
l'Observatoire pour réaliser certains calculs.
Photo MR

Jonathan Chardin, post-doctorant à l’Observatoire astronomique de Strasbourg, réalise des simulations afin de comprendre les évolutions à l’œuvre durant le premier milliard d’années de l’Univers après le Big Bang correspondant à la période de réionisation. « L’émission de photons par les premières étoiles dans les premières galaxies va progressivement ioniser et chauffer le gaz d’hydrogène autour d’elles jusqu’à ce que l’Univers soit ionisé intégralement. »

Formes des galaxies, nombre d’étoiles… « comprendre ces évènements et leur enchainement permettra à terme d’expliquer l’Univers qui nous entoure aujourd’hui et la morphologie des galaxies comme celle de la Voie lactée. »

« Echantillonner l’Univers à grande échelle »

Pour modéliser cette période, le chercheur a besoin de simuler trois processus physiques différents : la dynamique de la matière noire, la dynamique du gaz et le transfert du rayonnement. Autant de processus à transformer en équations demandant un temps de calcul conséquent et l’utilisation des plus grands supercalculateurs. « Nous représentons l’Univers dans des cubes de plusieurs millions d’années lumières de côté divisés en plusieurs millions de pixels permettant ainsi d’échantillonner l’Univers à grande échelle. »

En 2018, l’équipe strasbourgeoise réalise ainsi la plus grande simulation de l’époque de réionisation à l’échelle mondiale. Appelée CoDa II, elle a nécessité des millions d’heures de calculs. Sans parler des années qui seront nécessaires à son analyse avec un volume de données de l’ordre du Petabyte, ce qui correspond à plusieurs milliers de disques durs disponibles dans le commerce.

100 fois plus rapide

Pour accélérer le temps de calcul, depuis un an, les chercheurs ont eu l’idée d’utiliser des simulations existantes comme base pour entraîner une intelligence artificielle à comprendre la physique en jeu dans ces modèles. Le réseau de neurones artificiels ainsi exercé permet d’obtenir la carte d’ionisation du gaz à tous les instants durant le premier milliard d’années de l’Univers et ce de manière 100 fois plus rapide qu’une simulation classique.

Pour le moment, l’IA simule uniquement la partie transfert du rayonnement, la plus longue à calculer. « Nous sommes les premiers à avoir fait ça. Il y a encore quelques erreurs mais lorsqu’elle sera bien entraînée je la mettrai à la disposition de la communauté », souligne Jonathan Chardin. A terme le chercheur souhaite élargir son champ d’action à de plus grosses simulations.

Marion Riegert

Crédit Jonathan Chardin.