À certains égards, le domaine de l'astronomie a évolué rapidement. Nous prenons des images, regardons comment elles ont changé. Nous décomposons la lumière en ses différentes couleurs, à la recherche d'émission et d'absorption. Le fait que nous puissions le faire plus rapidement et à de plus grandes distances a révolutionné notre compréhension, mais pas la méthodologie basale.
Mais récemment, le domaine a commencé à changer. L'époque de l'astronome solitaire à l'oculaire est déjà révolue. Les données sont prises plus rapidement qu'elles ne peuvent être traitées, stockées de manière facilement accessible et de grandes équipes internationales d'astronomes travaillent ensemble. Lors de la récente réunion internationale des astronomes à Rio de Janeiro, l'astronome Ray Norris de l'Organisation australienne de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) a discuté de ces changements, jusqu'où ils peuvent aller, ce que nous pourrions apprendre et ce que nous pourrions perdre.
Observatoires
L'une des façons dont les astronomes ont depuis longtemps changé le champ est de collecter plus de lumière, ce qui leur permet de scruter plus profondément dans l'espace. Cela a nécessité des télescopes avec une plus grande puissance de collecte de lumière et, par conséquent, des diamètres plus grands. Ces télescopes plus grands offrent également l'avantage d'une résolution améliorée afin que les avantages soient clairs. En tant que tels, les télescopes en phase de planification ont des noms indicatifs de tailles immenses. Le «Over Whelmingly Large Telescope» (OWL) de l'ESO, le «Extremely Large Array» (ELA) et le «Square Kilometer Array» (SKA) sont tous des télescopes massifs coûtant des milliards de dollars et impliquant des ressources de nombreux pays.
Mais à mesure que les tailles montent en flèche, le coût aussi. Déjà, les observatoires grèvent les budgets, notamment dans le sillage d'une récession mondiale. Norris déclare: «Construire des télescopes encore plus grands dans vingt ans coûtera une fraction importante de la richesse d'une nation, et il est peu probable qu'une nation, ou un groupe de nations, accorde une priorité suffisamment élevée à l'astronomie pour financer un tel instrument. L'astronomie peut donc atteindre la taille maximale du télescope qui peut être raisonnablement construite. »
Ainsi, au lieu de la fixation sur la puissance et la résolution de collecte de lumière, Norris suggère que les astronomes devront explorer de nouveaux domaines de découverte potentielle. Historiquement, des découvertes majeures ont été faites de cette manière. La découverte des sursauts gamma s'est produite lorsque notre régime d'observation a été étendu à la gamme des hautes énergies. Cependant, la gamme spectrale est assez bien couverte actuellement, mais d'autres domaines ont encore un grand potentiel d'exploration. Par exemple, au fur et à mesure du développement des CCD, le temps d'exposition des images a été raccourci et de nouvelles classes d'étoiles variables ont été découvertes. Des expositions de durée encore plus courte ont créé le domaine de l'astérosismologie. Avec les progrès de la technologie des détecteurs, cette limite inférieure pourrait être poussée encore plus loin. À l'autre extrémité, le stockage d'images sur de longues périodes peut permettre aux astronomes d'explorer l'histoire des objets uniques plus en détail que jamais.
Accès aux données
Au cours des dernières années, bon nombre de ces changements ont été poussés vers l'avant par de grands programmes de levés comme le 2 Micron All Sky Survey (2MASS) et le All Sky Automated Survey (ASAS) (pour ne citer que deux des nombreux levés à grande échelle). Grâce à ces grands magasins de données pré-collectées, les astronomes peuvent accéder aux données astronomiques d'une nouvelle manière. Au lieu de proposer l'heure du télescope et d'espérer que leur projet soit approuvé, les astronomes ont un accès accru et sans entraves aux données. Norris propose que, si cette tendance se poursuit, la prochaine génération d'astronomes puisse effectuer de grandes quantités de travail sans même visiter directement un observatoire ou planifier une course d'observation. Au lieu de cela, les données seront extraites de sources telles que l'Observatoire virtuel.
Bien sûr, il faudra toujours des données plus approfondies et plus spécialisées. À cet égard, les observatoires physiques continueront d’être utilisés. Déjà, une grande partie des données extraites de séries d'observation, même ciblées, entrent dans le domaine public astronomique. Alors que les équipes qui conçoivent les projets obtiennent toujours la première transmission des données, de nombreux observatoires publient les données pour une utilisation gratuite après un temps imparti. Dans de nombreux cas, cela a conduit une autre équipe à récupérer les données et à découvrir quelque chose que l'équipe d'origine avait manqué. Comme le dit Norris, «une grande partie de la découverte astronomique se produit après la publication des données à d'autres groupes, qui sont capables d'ajouter de la valeur aux données en les combinant avec des données, des modèles ou des idées qui pourraient ne pas être accessibles aux concepteurs d'instruments».
À ce titre, Nelson recommande d'encourager les astronomes à fournir des données de cette manière. Souvent, une carrière de chercheur repose sur un certain nombre de publications. Cependant, cela risque de punir ceux qui consacrent beaucoup de temps à un seul projet qui ne produit qu'une petite quantité de publication. Au lieu de cela, Nelson suggère un système par lequel les astronomes gagneraient également en reconnaissance par la quantité de données qu'ils ont aidé à diffuser dans la communauté, car cela augmente également les connaissances collectives.
Traitement de l'information
Comme il existe une tendance claire vers la prise de données automatisée, il est tout à fait naturel qu'une grande partie du traitement initial des données puisse l'être également. Avant que les images conviennent à la recherche astronomique, les images doivent être nettoyées pour le bruit et calibrées. De nombreuses techniques nécessitent un traitement supplémentaire qui est souvent fastidieux. J'ai moi-même vécu cela pendant un stage d'été de dix semaines auquel j'ai participé, impliquant la tâche répétitive d'adapter les profils à la fonction d'étalement des points pour des dizaines d'images, puis de rejeter manuellement les étoiles qui étaient défectueuses d'une manière ou d'une autre (comme étant trop près du bord du cadre et partiellement coupé).
Bien qu'il s'agisse souvent d'une expérience précieuse qui enseigne aux astronomes en herbe le raisonnement derrière les processus, elle peut certainement être accélérée par des routines automatisées. En effet, de nombreuses techniques utilisées par les astronomes pour ces tâches sont celles qu'ils ont apprises tôt dans leur carrière et pourraient bien être dépassées. En tant que tel, des routines de traitement automatisées pourraient être programmées pour utiliser les meilleures pratiques actuelles afin de permettre les meilleures données possibles.
Mais cette méthode n'est pas sans risques. Dans un tel cas, de nouvelles découvertes peuvent être ignorées. Des résultats significativement inhabituels peuvent être interprétés par un algorithme comme une faille dans l'instrumentation ou une frappe de rayons gamma et rejetés au lieu d'être identifiés comme un événement nouveau qui mérite un examen plus approfondi. De plus, les techniques de traitement d'image peuvent toujours contenir des artefacts provenant des techniques elles-mêmes. Si les astronomes ne sont pas au moins assez familiers avec les techniques et leurs pièges, ils peuvent interpréter les résultats artificiels comme une découverte.
Exploration de données
Avec la forte augmentation des données générées, les astronomes auront besoin de nouveaux outils pour les explorer. Déjà, des efforts ont été faits pour étiqueter les données avec des identifiants appropriés avec des programmes comme Galaxy Zoo. Une fois ces données traitées et triées, les astronomes seront rapidement en mesure de comparer les objets d'intérêt sur leurs ordinateurs alors que des cycles d'observation auparavant seraient prévus. Comme l'explique Norris, "l'expertise qui va maintenant dans la planification d'une observation sera plutôt consacrée à la planification d'une incursion dans les bases de données." Au cours de mes cours de premier cycle (fin 2008, donc encore récents), les majors en astronomie n'étaient tenues de suivre qu'un seul cours de programmation informatique. Si les prévisions de Norris sont correctes, les cours que les étudiants comme moi ont suivis en techniques d'observation (qui contenaient encore des travaux impliquant la photographie de film), seront probablement remplacés par plus de programmation ainsi que l'administration de bases de données.
Une fois organisés, les astronomes pourront comparer rapidement des populations d'objets à des échelles jamais vues auparavant. De plus, en accédant facilement aux observations de plusieurs régimes de longueurs d'onde, ils pourront obtenir une compréhension plus complète des objets. Actuellement, les astronomes ont tendance à se concentrer dans une ou deux gammes de spectres. Mais avec l'accès à beaucoup plus de données, cela obligera les astronomes à se diversifier davantage ou à travailler en collaboration.
Conclusions
Avec tout le potentiel d'avancement, Norris conclut que nous entrons peut-être dans un nouvel âge d'or de l'astronomie. Les découvertes viendront plus rapidement que jamais, car les données sont si facilement disponibles. Il suppose que les candidats au doctorat feront des recherches de pointe peu de temps après le début de leurs programmes. Je me demande pourquoi les étudiants de premier cycle avancés et les profanes avertis ne le seraient pas aussi.
Pourtant, pour toutes les possibilités, l'accès facile aux données attirera également les crackpots. Déjà, des fraudes incompétentes fourmillent de journaux à la recherche de citations à exploiter. À quel point sera-t-il encore pire lorsqu'ils pourront indiquer le matériel source et leur analyse bizarre pour justifier leur non-sens? Pour lutter contre cela, les astronomes (comme tous les scientifiques) devront améliorer leurs programmes de sensibilisation du public et préparer le public aux découvertes à venir.
