Sur la photo, le télescope Subaru et d'autres installations de télescope au sommet du Mauna Kea à Hawaï, Crédit américain :Shutterstock
Une équipe internationale de scientifiques, comprenant des experts en calcul haute performance KAUST et des astronomes de l'Observatoire de Paris et de l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), en collaboration avec NVIDIA, porte la recherche de planètes habitables et l'observation des galaxies de la première époque au niveau supérieur.
Une démonstration dans le ciel a récemment été réalisée sur le télescope Subaru de 8,2 mètres du NAOJ, et l'équipe de l'Observatoire de Paris étend déjà les algorithmes pour les futurs télescopes plus grands. Le KAUST Extreme Computing Research Center (ECRC) travaille avec les astronomes pour développer les algorithmes avancés Extreme-AO qui permettront de relever le formidable défi de l'imagerie des exoplanètes habitables.
« Imager des exoplanètes avec de grands télescopes au sol est très difficile en raison du contraste étoile/planète et du flou induit par l'atmosphère terrestre. Des optiques adaptatives très hautes performances, parfois appelées « Extreme-AO », sont nécessaires, " a déclaré le Dr Hatem Ltaief, chercheur principal à la SIMEC.
Une approche radicalement nouvelle de l'AO a émergé de la collaboration :plus rapide, algorithmes de contrôle plus gros et beaucoup plus intelligents. Propulsé par le code d'algèbre linéaire de l'Université fonctionnant sur des unités de traitement graphique (GPU) NVIDIA, le nouveau système de calcul s'optimise en permanence et apprend même à anticiper les perturbations optiques en évolution rapide induites par l'atmosphère terrestre.
Le télescope Subaru en a 14, 000 pieds au-dessus du niveau de la mer au sommet du Mauna Kea à Hawaï. Crédit :Télescope Subaru, Observatoire astronomique national du Japon.
"Cette nouvelle technologie fantastique est déjà utilisée pour examiner de plus près les exoplanètes en orbite autour des étoiles proches. Avec les télescopes plus grands de 25 à 40 mètres que les astronomes construisent actuellement, de nouvelles planètes semblables à la Terre en orbite autour d'étoiles proches seront imagées et leur composition atmosphérique sera mesurée pour rechercher des signes de vie tels que l'oxygène, eau ou méthane, " a déclaré le professeur Damien Gratadour, astronome à l'Observatoire de Paris.
Les chercheurs de la SIMEC ont récemment mis en œuvre un nouvel algorithme de décomposition en valeurs singulières (SVD), souvent désigné comme le cheval de bataille de l'algèbre linéaire numérique, pour contrôler de manière optimale un petit miroir déformable à grande vitesse pour compenser les turbulences atmosphériques. Cette recherche a abouti à l'un des meilleurs prix d'article lors de la conférence Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) 2018 à Bâle, La Suisse. L'innovation est déjà utilisée avec succès par les astronomes pour imager des exoplanètes avec le télescope Subaru situé à 14, 000 pieds à Hawaï.
"Ce défi est encore exacerbé avec les grands télescopes, où l'imagerie des planètes habitables à travers l'atmosphère terrestre est notoirement difficile, et nécessite une nouvelle approche de l'optique adaptative. Nos précédents systèmes AO étaient assez lents et à la traîne de l'aberration optique à évolution rapide due à la turbulence atmosphérique, " a noté le professeur Olivier Guyon, astronome au télescope Subaru.
Les astronomes construisent une nouvelle génération de grands télescopes offrant environ 15 fois plus de lumière que les plus grands télescopes actuels. Le télescope géant de Magellan, le télescope de trente mètres et le télescope extrêmement grand (montré ici à côté de la balise emblématique de l'université) seront capables de sonder les exoplanètes à proximité pour l'activité biologique. Crédit :Marta J. Golemiec
"L'algorithme SVD développé par les scientifiques de KAUST nous permet de corriger en temps réel le flou atmosphérique des images prises par les grands télescopes en utilisant Extreme-AO plus intelligent. L'algorithme apprend maintenant à s'optimiser et nous ne sommes plus déjoués par les turbulences, " il a continué.
Travailler en étroite collaboration avec NVIDIA a été essentiel au succès du projet.
« C'est un défi HPC sans précédent, " a déclaré Steve Oberlin, directeur de la technologie pour l'informatique accélérée chez NVIDIA. "Aberrations optiques induites par le changement d'atmosphère sur une échelle de temps de la milliseconde. Sur les grands télescopes actuels, les algorithmes doivent calculer des milliers de positions d'actionneurs déformables en une milliseconde ou moins pour affiner les images. Le télescope Subaru est l'utilisation terrestre la plus élevée enregistrée de ce type de systèmes GPU. Nous continuons à travailler avec l'équipe alors que le matériel est mis à l'échelle pour ce projet passionnant en raison de l'impact critique sur les performances des GPU NVIDIA."
Le travail de l'équipe du projet s'ajoute à la contribution historique du Moyen-Orient dans le domaine de l'astronomie.
"Nous aidons les astronomes à mieux utiliser les télescopes les plus avancés d'aujourd'hui et de demain. Fait intéressant, bon nombre des étoiles que nous observons avec le télescope Subaru ont été aperçues pour la première fois par des astronomes de la région et ont conservé leurs noms arabes. Nous espérons contribuer à la tradition de l'astronomie dans la région, " dit Ltaïef.
