À la recherche d’une aiguille cosmique dans une botte de foin galactique

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Pendant un moment en janvier 2017, Mme Victoria Kaspi, Ph. D., et une équipe de collègues chercheurs ont été les chouchous des médias. Ses travaux sur les ondes radioélectriques d’une galaxie qui, selon les estimations, dateraient jusqu’à trois milliards d’années, ont d’abord été publiés dans la revue universitaire Nature et c’est à ce moment-là que les médias, notamment le New York Times — pas moins qu’à la une — le Scientific American et CNN ont commencé à demander des entrevues.

Les ondes radioélectriques, également appelées sursauts radioélectriques, sont des phénomènes astrophysiques du ciel qui viennent tout juste d’être découverts. Malheureusement (du moins pour les humains qui espèrent qu’un jour on aura la preuve que la vie extraterrestre existe), les 25 chercheurs qui ont contribué à cet article croient que la bonne vieille astrophysique peut expliquer la présence de ces ondes.

« Nous avons soudainement la capacité de détecter de brèves pulsations — elles ne durent que quelques millièmes de seconde — d’ondes radioélectriques qui surviennent partout dans le ciel, explique Kaspi. Elles se produisent quotidiennement, mais il est impossible de prédire dans quelle direction elles apparaissent. Nous ne savons pas ce qu’elles sont, mais elles ne sont pas des signaux extraterrestres. Il s’agit donc d’un de ces mystères non résolus. Nous essayons de trouver une bonne façon de répondre à la question. »

Kaspi adore les bons casse-tête et c’est pour cette raison que son équipe est si dévouée à cette toute dernière recherche. À cette fin, ils participent à la construction d’un télescope radioélectrique des plus sophistiqués au Canada.

« Il s’appelle le radiotélescope CHIME [Expérience canadienne de cartographie d’intensité de l’hydrogène] et sa construction est en cours à Penticton en Colombie-Britannique », ajoute-t-elle. Ce projet est financé par la Fondation canadienne pour l’innovation.

Le télescope a été conçu pour les observations cosmologiques et pour comprendre la mystérieuse énergie sombre, une autre énigme en astrophysique, mais il se trouve que le même concept convient à la résolution du problème des rapides sursauts radioélectriques de Kaspi.

Le télescope nécessite des calculs de haute performance sur le terrain dont se chargent exclusivement des processeurs et pipelines qui ne font que fouiller les données de rapides sursauts radioélectriques en temps réel. « Ils peuvent les identifier en temps réel et envoyer une alerte pour annoncer qu’un de ceux-ci vient tout juste d’arriver de façon à ce d’autres personnes puissent scruter le ciel dans cette région et voir s’il n’y a aucune autre activité au même endroit », affirme Kaspi.

Son autre domaine de recherche consiste en l’étude des étoiles à neutrons qui sont les cousins proches des trous noirs. Elles ne sont toutefois pas aussi effondrées que les trous noirs, ce qui facilite leur observation.

« Ce qui les rend si intéressantes est que nous pouvons étudier la physique extrême, particulièrement la physique du comportement des matériaux dans les champs magnétiques les plus élevés que l’on connait dans l’univers, à l’aide des télescopes », explique-t-elle.

Les étoiles à neutrons ont permis à son équipe d’accéder à ces conditions extrêmes, aucune d’entre elles ne pouvant être simulées dans les laboratoires terrestres.

« C’est comme un laboratoire de physique cosmique que nous ne pouvons pas reproduire ici sur la Terre », ajoute-t-elle.

Victoria Kaspi a utilisé des pulsars — un type d’étoile à neutrons qui subit des pulsations régulièrement et qui sert d’une sorte de phare cosmique — pour tester la théorie de la relativité d’Einstein qui fonctionne bien, elle est heureuse de le signaler, même dans les cas où les lois de Newton échouent.

« Nous pouvons mesurer la vitesse du pulsar et ceci nous permet de mettre à l’essai ce que les différents modèles pour la gravité extrême pourraient prédire », affirme-t-elle. « Les lois de Newton échouent lorsque les choses commencent à se déplacer à une vitesse approchant celle de la lumière. L’on trouve ces pulsars binaires qui orbitent à des fractions appréciables de la vitesse de la lumière. Leurs orbites ne sont donc que de quelques heures. Quand les lois de Newton craquent, il faut faire appel à la théorie d’Einstein. »

Sa recherche requiert le calcul de haute performance pour comprendre ce qui arrive à ces étoiles.

« Il faut visualiser et gérer des mégadonnées. L’on finit donc par pousser la frontière de l’informatique, des algorithmes et de la gestion des mégadonnées pour répondre à une question physique très simple qui aujourd’hui peut n’avoir aucune application pratique, explique-t-elle. Mais disons que nous arrivons à savoir ce qu’il y a à l’intérieur d’une étoile à neutrons et la physique des matériaux à des densités ultra-élevées. Qui sait où nous mèneraient ces connaissances? Si, tout d’un coup, nous comprenons le comportement de la matière, nous pourrions concevoir une granule de la taille de votre petit doigt qui pourrait propulser votre auto pendant un millénaire. »

Victoria Kaspi se sert des ressources de Calcul Canada dans tous ses travaux de recherche.

« En ce qui concerne les rapides sursauts radioélectriques, il est question de très courts évènements. Vous prélevez donc des données toutes les 64 microsecondes. Vous obtenez donc d’énormes quantités — c’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin », déclare-t-elle. « Grâce aux ressources de Calcul Canada, nous arrivons assez bien à effectuer ces recherches. Il est juste de dire que j’ai besoin de leurs ressources pour accomplir mon travail. »

Victoria Kaspi a été nommée à l’Ordre du Canada pour les travaux de recherche qu’elle a accomplis au cours des 25 dernières années. Un homme, qu’elle ne connait même pas, a proposé sa nomination — Michael Steinitz, professeur émérite à l’Université St. Francis Xavier.

« C’était une grosse surprise et un grand honneur », dit-elle. « J’en suis très reconnaissante. »

Cette récompense pourra inspirer davantage les femmes à se joindre à elle.

« Je compte parmi les quelques femmes qui œuvrent dans ce domaine », affirme-t-elle. « Cependant, il existe d’importants préjugés culturels qui empêchent les femmes de se diriger en sciences exactes. Le conseil que je donne aux jeunes femmes est d’être conscientes de ces opinions préconçues et de faire de leur mieux pour ne pas se laisser influencer par celles-ci. Si vous aimez la science et désirez en faire, lancez-vous. »

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