Comment les astrophotographes participatives sur le Web révolutionnent l'astronomie

L'astrophotographie est actuellement en pleine révolution grâce à la disponibilité accrue d'appareils photo numériques de haute qualité et des logiciels disponibles pour traiter les images après leur prise.

Étant donné que les photographies du ciel nocturne sont presque toujours meilleures avec des expositions longues qui capturent plus de lumière, ce traitement consiste généralement à combiner plusieurs images de la même partie du ciel pour en produire une avec une exposition efficace beaucoup plus longue.

C'est tout simple si vous avez pris les photos vous-même avec le même équipement dans les mêmes circonstances. Mais les astronomes veulent faire mieux.

Le groupe d'astrophotographie sur Flickr a à lui seul plus de 68 000 images, selon Dustin Lang de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh et quelques amis. Ces images et d'autres représentent une vaste source de données inexploitées pour les astronomes.

Le problème est qu'il est difficile de combiner des images avec précision quand on sait peu de choses sur la façon dont elles ont été prises. Les astronomes prennent grand soin d'utiliser des équipements d'imagerie dans lesquels les pixels produisent un signal proportionnel au nombre de photons qui frappent.

Mais on ne peut pas en dire autant des appareils photo numériques largement utilisés par les amateurs. Toutes sortes de processus peuvent finir par influencer l'image finale.

Ainsi, tout algorithme qui les combine doit faire face à ces variations. Nous voulons le faire sans avoir à déduire le traitement (éventuellement très non linéaire) qui a été appliqué à chaque image individuelle, dont chacune a été détruite à sa manière par son créateur, disons Lang and co.

Maintenant, ces gars disent qu'ils ont craqué. Ils ont développé un système qui combine automatiquement les images de la même partie du ciel pour augmenter le temps d'exposition effectif de l'image résultante. Et ils disent que les images combinées peuvent rivaliser avec celles de nombreux télescopes professionnels.

Ils ont testé cette approche en téléchargeant des images de deux objets astrophysiques bien connus : la galaxie NGC 5907 et la paire de galaxies en collision — Messier 51a et 51b.

Pour NGC 5907, ils se sont retrouvés avec 4 000 images de Flickr, 1 000 de Bing et 100 de Google. Ils ont utilisé un système en ligne appelé astrometry.net qui aligne et enregistre automatiquement les images du ciel nocturne, puis a combiné les images à l'aide de leur nouvel algorithme, qu'ils appellent Enhance.

Les résultats sont impressionnants. Ils disent que les images combinées de NGC5907 (trois images du bas) montrent certaines des mêmes caractéristiques faibles qui ont révélé une seule image prise sur 11 heures d'exposition à l'aide d'un télescope de 50 cm (l'image en haut à gauche). Toutes les images révèlent le même genre de détails fins tels qu'un faible flux stellaire autour de la galaxie.

L'image combinée des galaxies M51 est tout aussi impressionnante, ne prenant que 40 minutes à produire sur un seul processeur. Il révèle des structures étendues autour des deux galaxies, que les astronomes savent être des débris de leur interaction gravitationnelle lors de leur collision.

Lang et co disent que ces caractéristiques faibles sont extrêmement importantes car elles permettent aux astronomes de mesurer l'âge, les rapports de masse et les configurations orbitales des galaxies impliquées. Fait intéressant, bon nombre de ces caractéristiques faibles ne sont visibles dans aucune des images d'entrée prises sur le Web. Ils n'émergent qu'une fois les images combinées.

Un problème potentiel avec des algorithmes comme celui-ci est qu'ils doivent bien fonctionner à mesure que le nombre d'images qu'ils combinent augmente. Ce n'est pas bon s'ils s'arrêtent dès qu'une quantité substantielle de données devient disponible.

Sur ce point, Lang et ses collègues disent que les astronomes peuvent dormir tranquilles. Les performances de leur nouvel algorithme Enhance évoluent linéairement avec le nombre d'images à combiner. Cela signifie qu'il devrait bien fonctionner sur de grands ensembles de données.

L'essentiel est que ce type d'astronomie participative a le potentiel d'avoir un impact important, étant donné que les images résultantes rivalisent avec celles des grands télescopes.

Et il pourrait également être utilisé pour des images historiques, disons Lang and co. Les Harvard Plate Archives, par exemple, contiennent un demi-million d'images datant des années 1880. Celles-ci ont toutes été prises en utilisant différentes émulsions, avec différentes expositions et développées en utilisant différents procédés. Ainsi, les plaques ont toutes des réponses différentes à la lumière, ce qui les rend difficiles à comparer.

C'est exactement le problème que Lang et co ont résolu pour les images numériques sur le Web. Il n'est donc pas difficile d'imaginer comment ils pourraient également combiner facilement les données des archives de Harvard.

Un dernier point est que ce projet est ouvert à toute personne réalisant des astrophotographies. Vous pouvez les soumettre à nova.astrometry.net , où ils seront combinés dans une carte du ciel open source. En retour, les utilisateurs reçoivent des versions annotées de leurs images ainsi que l'image combinée du ciel à laquelle elle se rapporte.

Il n'y a pas si longtemps, l'ère de l'astronome amateur semblait toucher à sa fin, car une nouvelle génération d'énormes télescopes et d'observatoires spatiaux produisait des données que les amateurs ne pourraient jamais espérer obtenir.

Tout cela change maintenant. Vive l'astronome amateur !

Réf : arxiv.org/abs/1406.1528 : Vers la construction d'une carte du ciel issue de la foule

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