Qu'ont les pulsars, quasars, la matière noire et l'énergie noire sont-elles communes ? Réponse :chacun d'eux a pris le découvreur par surprise. Alors qu'une grande partie de la science avance prudemment et méthodiquement, la majorité des découvertes vraiment spectaculaires en astronomie sont inattendues.

Beaucoup de nos télescopes sont construits pour découvrir les inconnues connues :les choses que nous savons que nous ne savons pas, comme identifier les éléments qui composent la matière noire.

Mais les vraies percées sont les inconnues inconnues. Ce sont des choses dont nous ne soupçonnons même pas l'existence jusqu'à ce que nous les trouvions accidentellement.

Par exemple, des dix plus grandes découvertes du télescope spatial Hubble, un seul figurait dans la proposition utilisée pour justifier sa construction et son lancement. Celui-là, mesurer le taux d'expansion de l'univers, est une inconnue connue.

En d'autres termes, nous avions une question sur quelque chose que nous connaissions, et nous avons pensé que Hubble pourrait répondre à la question. La plupart des autres découvertes sont des inconnues inconnues :nous ne savions pas ce qu'elles étaient jusqu'à ce que nous les découvrions.

Ils incluent la découverte de l'énergie noire, la seule découverte de Hubble (à ce jour) à remporter un prix Nobel, en 2011.

Une découverte fortuite

Considérez les pulsars. Ils ont été découverts dans les années 1960 lorsqu'un brillant jeune doctorant au Royaume-Uni, Jocelyn Bell Burnell, étudiait le scintillement des ondes radio par les électrons dans l'espace (une inconnue connue).

Elle a remarqué des morceaux étranges de ce qu'elle a appelé des "morceaux de peau" sur son enregistreur graphique, et s'est rendu compte qu'ils étaient quelque chose de beaucoup plus surprenant qu'une simple interférence de tracteur, et a ainsi découvert les pulsars - un inconnu inconnu - pour lesquels son superviseur Antony Hewish a remporté le prix Nobel de physique 1974.

Alors comment a-t-elle fait cette découverte ?

En plus d'être un brillant, persistant, étudiant ouvert d'esprit, Bell Burnell observait également l'univers d'une manière qui n'avait jamais été observée auparavant. En observant les changements rapides des ondes radio, elle observait l'univers à l'aide d'un paramètre – dans ce cas des observations à courte échelle de temps – qui n'avait jamais été utilisé auparavant.

D'autres découvertes se produisent lorsque les gens observent avec un paramètre différent, comme un malaise, ou zone de ciel, cela n'a pas été observé auparavant. Ensemble, ces paramètres constituent notre espace de paramètres.

La plupart des découvertes astronomiques majeures semblent se produire lorsque quelqu'un observe une nouvelle partie de l'espace des paramètres; observant l'univers d'une manière qui n'a jamais été observée auparavant.

Cette nouvelle façon pourrait consister à regarder plus profondément, ou avec une meilleure résolution, ou à plus grande échelle, ou peut-être simplement voir beaucoup plus de l'univers. L'extension de l'un de ces paramètres dans leurs régions inexplorées est susceptible de conduire à une découverte inattendue.

À l'heure actuelle, plusieurs télescopes de nouvelle génération sont en cours de construction, aller hardiment là où aucun télescope n'est allé auparavant. Ils augmenteront considérablement le volume de l'espace des paramètres d'observation, et devrait en principe découvrir de nouveaux phénomènes inattendus et de nouveaux types d'objets.

Par exemple, Le télescope ASKAP de 165 millions de dollars australiens du CSIRO, en voie d'achèvement, explore plusieurs domaines de l'espace des paramètres inexploré, avec une excellente chance de tomber sur une découverte majeure inattendue qui pourrait secouer le monde scientifique.

Mais le reconnaîtrons-nous quand nous le verrons ? Probablement pas.

Bell Burnell a découvert les pulsars en passant au crible laborieusement toutes ses données, et a remarqué une petite anomalie qui ne correspondait pas à sa compréhension du télescope.

Combien de données ?

Si Bell Burnell observait avec ASKAP, elle devrait passer au crible environ 80 pétaoctets de données par an, d'une machine si complexe que personne n'en comprend vraiment tout. Désolé, Même le cerveau de Bell Burnell n'est pas à la hauteur pour passer au crible cette quantité de données.

Nous ne pouvons pas examiner toutes ces données à l'œil nu. Donc, la façon dont nous faisons notre science, c'est que nous décidons de la question scientifique que nous posons, et le transformer en une requête de données.

Nous exploitons ensuite la base de données à la recherche des bits de données qui répondront à notre question.

C'est un moyen très efficace de répondre aux inconnues connues. Malheureusement, il est inutile de trouver les inconnues inconnues. Nous ne recevons des réponses qu'aux questions que nous posons, et non aux questions que nous ne savions pas devoir poser.

Souvenez-vous maintenant de la série de science-fiction/fantasy Hitchhiker's Guide to the Galaxy de l'auteur Douglas Adams ? Quand un ordinateur géant, Pensée profonde, trouvé la réponse à "la vie, l'univers, et tout" pour avoir 42 ans, un autre, encore plus grand, l'ordinateur a dû être construit pour découvrir quelle était la vraie question.

Alors peut-on concevoir une machine, ou un logiciel, reproduire le cerveau de Bell Burnell en détectant des inconnues inconnues tout en travaillant confortablement avec des pétaoctets de données et des télescopes incroyablement complexes ?

WTF dans l'inconnu

Je pense que nous pouvons, et nous avons déjà commencé le projet WTF, qui signifie Widefield outTlier Finder, avec les progrès publiés jusqu'à présent le mois dernier. La machine WTF passera au crible les pétaoctets de données, chercher quelque chose d'inattendu, sans savoir exactement ce qu'il recherche.

L'astuce consiste à utiliser des techniques d'apprentissage automatique, où nous enseignons au logiciel tout ce que nous savons, puis demandez-lui de trouver des choses que nous ne savons pas.

Par exemple, il pourrait tracer un graphique de la luminosité radio par rapport à la couleur optique. Sur ce graphique, il trouverait un groupe de quasars regroupés, un autre amas de galaxies comme la Voie lactée, etc.

Peut-être qu'il trouvera un autre groupe d'objets auquel nous ne nous attendions pas et que nous ne connaissions pas. Nos petits cerveaux ne pouvaient pas faire plus qu'une petite brèche dans tous les graphiques possibles qui doivent être tracés, mais WTF les prendra dans sa foulée.

Ce processus ne sera pas facile. En premier, WTF va probablement révéler des choses que nous avons oublié de lui dire, et il trouvera également des interférences radio et des artefacts instrumentaux.

Au fur et à mesure que nous lui enseignons ce que c'est, il commencera à reconnaître des objets et des phénomènes vraiment nouveaux. Plus significativement, il commencera à apprendre de nouvelles choses à partir des données qui sont rendues invisibles à notre cerveau par leur pure complexité multidimensionnelle, mais sera de l'eau au moulin pour WTF.

Nous nous attendons à ce que WTF devienne plus intelligent que nous, en mesure de trouver ces rares découvertes enfouies dans les données. Peut-être que WTF pourrait même remporter le premier prix Nobel non humain.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.