La carte manquante du ciel
8 octobre 2026Ici, Brice Ménard, astrophysicien à l’université Johns Hopkins et chercheur chez Anthropic, explique comment il a collaboré avec Claude Science pour produire la première carte complète du ciel en lumière UV. Cette carte sera un outil pédagogique précieux, permettant aux étudiants de voir en détail la structure riche de la Voie lactée visible à cette longueur d’onde.
Tout le ciel, avec le centre galactique au milieu, dans l’ultraviolet (en combinant le far-UV de 154 nm et le near-UV de 232 nm). Environ un tiers de cette carte, y compris une grande partie du plan galactique, a été prédite par Claude Science en utilisant la méthode décrite dans cet article. Des couches supplémentaires de la carte indiquent chaque pixel comme « mesuré » ou « prédit » et fournissent des estimations d’incertitude ; vous pouvez le voir ici.
Lorsque je enseigne l’astrophysique, je commence souvent en montrant à mes étudiants que le ciel semble complètement différent selon la longueur d’onde sous laquelle on le observe. Chaque longueur d’onde met en évidence des caractéristiques différentes. À la lumière visible, on voit principalement des étoiles. En passant à l’infrarouge, on découvre la lumière des petits grains de poussière concentrés dans une bande le long de la Voie lactée. Aux ondes radio, les étoiles et la poussière disparaissent, et le gaz d’hydrogène – le matériau de base pour la formation de nouvelles étoiles – devient visible. Et aux rayons X, on peut observer des phénomènes violents, tels que des étoiles explosant ou de la matière se tournant vers un trou noir. Ensemble, ces caractéristiques permettent aux astronomes de comprendre comment le gaz se condense en étoiles, comment les étoiles introduisent de la poussière dans la galaxie, et comment des galaxies comme la nôtre prennent forme.
Lorsque je parle de la lumière UV et de comment elle révèle la poussière éclairée par la lumière des étoiles, depuis les nuages autour des jeunes étoiles jusqu’aux anneaux laissés par les explosions stellaires, j’ai toujours dû m’excuser. La seule carte UV que je pouvais montrer était pleine de trous.
Pourquoi il n’existe pas de carte UV complète
La lumière UV est absorbée par la couche d’ozone de l’atmosphère, donc pour observer l’univers dans le spectre UV, il faut se rendre dans l’espace. Au cours des 50 dernières années, les télescopes spatiaux ont observé certaines parties du ciel dans le UV et ont publié leurs données. Mais beaucoup reste non observé.
Le plus grand ensemble de données provient de la mission GALEX de la NASA, qui s’est déroulée de 2003 à 2013 et a photographié environ deux tiers du ciel dans environ 38 000 observations distinctes. Mais GALEX a délibérément évité les endroits où les étoiles sont très brillantes, y compris ceux situés sur le plan de la Voie lactée (le disque plat de la galaxie, où les étoiles sont les plus densément regroupées), en raison du risque de endommager les détecteurs du satellite. D’autres télescopes spatiaux, tels que le Swift de la NASA et le FIMS/SPEAR de la Corée du Sud, ont collecté des données supplémentaires, mais même dans ces ensembles de données combinés, il y a plusieurs éléments manquants.
Des techniques statistiques existent pour estimer les données manquantes et créer une carte UV complète du ciel. Mais effectuer cela correctement nécessite des semaines de travail minutieux, impliquant des calibrations méticuleuses au niveau des pixels individuels et des analyses complexes et répétées. Comme on peut s’y attendre, les astrophysiciens ont tendance à mettre de côté ce genre de travail afin de poursuivre des recherches plus urgentes. La plupart des domaines présentent un stock de projets similaires, qui pourraient expliquer un concept clé ou aider d’autres chercheurs, mais qui ne sont jamais suffisamment prioritaires pour être réalisés. Avec Claude, il est devenu plus facile de s’occuper de ces tâches moins importantes.
Construire la carte manquante
Cet été, j’ai entrepris de créer une carte UV complète du ciel avec Claude Science. Les instructions étaient simples à formuler, mais difficilement à mettre en œuvre : rassembler tous les jeux de données UV disponibles, les mettre sur une échelle commune, les fusionner en une seule carte, et remplir chaque zone du ciel que aucun télescope UV n’a jamais observée.
Pour ce faire, Claude a orchestré une équipe de agents IA. D’abord, les agents ont recherché sur Internet des enquêtes astronomiques UV publiques, chacune comprenant une vaste collection de points de données ou d’images individuelles – des dizaines de milliers d’images, dans le cas de la mission GALEX de la NASA – récoltées au cours de plusieurs années et dans diverses conditions.
Après le téléchargement des données, les agents devaient garantir que chaque enquête était cohérente entre elles, de manière à ce qu’une image prise dans une période donnée puisse être comparée à une autre. Cela nécessitait une attention particulière aux régions autour des étoiles brillantes. Tout comme le soleil ou un lampadaire peuvent ajouter du reflet à une photo sur Terre, les étoiles peuvent également ajouter du reflet à une image du ciel capturée par un télescope spatial. Cet éclat devait être éliminé avant que la lumière UV plus faible autour des étoiles puisse être mesurée avec précision. De nombreux agents, travaillant en parallèle dans différentes régions du ciel, ont réussi à équilibrer ces différences.
Ensuite, les enquêtes ont dû être combinées. Les ensembles de données ont été collectés par différents instruments sur différents télescopes, et chacun capture le ciel ultraviolet de manière légèrement différente. Il a donc fallu les calibrer mutuellement, les redessiner avec la même résolution, et les placer dans un système de coordonnées commun avant de pouvoir les fusionner en une seule carte. J’ai donné des instructions de haut niveau à Claude sur la manière de procéder, et Claude a mis en place une équipe d’agents pour accomplir ces tâches.
Puis vint la partie la plus difficile : combler les espaces vides sur la carte. Environ un tiers du ciel n’a jamais été observé en UV. Pour compenser ces zones blanches, j’ai demandé à Claude Science d’utiliser une technique appelée inpainting – un processus courant en apprentissage automatique. Ce processus consiste en l’entraînement d’un modèle sur des millions de photos, afin que celui-ci apprenne comment chaque partie de l’image est liée à son environnement, et qu’il utilise cette connaissance pour restaurer les parties endommagées ou manquantes de l’image.
Claude a combiné cette approche avec les informations supplémentaires dont nous disposions. Lorsque les données UV manquent, nous disposons d’observations à d’autres longueurs d’onde, y compris la lumière visible, l’infrarouge et le radio. En utilisant deux tiers du ciel… a Mapé en UV, Claude a appris comment la luminosité en UV est liée aux autres longueurs d’onde. Il a ensuite appliqué cette relation au tiers du ciel pour lequel aucune donnée en UV n’existe, et a estimé à quoi devrait ressembler chaque point, ainsi que le niveau de confiance qu’il avait dans cette estimation.
Pour vérifier la précision des prédictions du modèle, j’ai demandé à Claude de prendre des régions pour lesquelles nous disposons déjà de données UV et de cacher délibérément certaines parties, créant ainsi des zones blanches destinées à être remplies par l’inpainting. Le modèle a dû utiliser ce qu’il avait appris pour compléter l’image sans accès aux valeurs réelles. Après plusieurs tours de perfectionnement, il a pu estimer les données cachées avec une erreur de environ 10 % par rapport aux mesures UV réelles, une différence presque imperceptible à l’œil humain.
Enfin, sur ce fond infini et peint, Claude a ajouté des estimations de lumière UV provenant de plus de 100 millions d'étoiles individuelles, déduites à partir des mesures effectuées par le satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne en lumière visible. La première version de la carte complète du ciel en UV est terminée.
Essais et erreurs
Claude n’a pas tout fait correctement la première fois. Un soir, en examinant les images traitées, j’ai remarqué quelque chose de anormal dans l’un des domaines les plus sombres : des cercles faibles, chacun légèrement plus lumineux ou plus sombre que ses voisins.
Ce étaient les empreintes d’observations individuelles du GALEX. Chaque image du GALEX capture une zone circulaire du ciel, et chacune contient un léger éclat UV non uniforme provenant de l’atmosphère terrestre. Si cet éclat n’est pas complètement éliminé, chaque cercle semble légèrement plus brillant ou plus sombre que les cercles environnants. Claude avait noté cela comme un problème connu dès le début du projet, mais la carte a malgré tout été examinée deux fois par d’autres agents sans que le problème soit détecté.
J’ai dit à Claude : « Je vois des disques avec les marques des différentes observations ; pouvez-vous corriger cela ? » Les agents ont remonté le problème à l’éclat atmosphérique restant. Claude a ensuite corrigé cet éclat pour toutes les 38 000 observations. Après quelques heures de traitement, les cercles ont disparu.
La carte finale
ensemble, Claude et moi avons créé plus d’une douzaine de versions successives de la carte, chacune plus raffinée que la précédente. Notre collaboration a duré plusieurs jours et suivait un rythme prévisible : je menais plusieurs échanges avec Claude Science pour planifier les prochaines étapes, puis Claude effectuait indépendamment des heures de calculs, tandis que je retournais à travailler sur d’autres projets.
La carte terminée montre l’ensemble du ciel sous la lumière UV, et présente de nombreuses structures intéressantes : des nuages de poussière qui brillent autour de jeunes étoiles lumineuses, des anneaux et boucles de poussière géantes qui représentent les bulles de gaz produites par l’explosion de grandes étoiles. Loin du plan galactique, des filaments de poussière pâles s’étendent à travers le ciel, éclairés par la lumière des étoiles de toute la galaxie. En dessous du plan se trouvent les Nuages de Magellan grands et petits, deux petites galaxies voisines éclatantes d’étoiles jeunes. Je pense que c’est beau — et cela peut rejoindre les autres cartes canoniques afin d’aider des générations d’étudiants à apprécier la variété de processus physiques qui agissent dans notre galaxie.
Pour une fois, j'ai pu poursuivre un projet de cette nature sans sacrifier le temps que je aurais autrement consacré à la recherche. Je suppose que de nombreux scientifiques peuvent se souvenir d'une carte, d'un graphique ou d'un ressource qu'ils ont repoussés pour la même raison.
Remerciements
Les mesures utilisées pour créer cette carte proviennent de GALEX et Swift (NASA), FIMS/SPEAR (Corée), TD-1 (Europe), ainsi que de Planck et Gaia (ESA). Je suis reconnaissant envers toutes les personnes impliquées dans ces missions et qui ont rendu ces données publiques. De nombreux agents travaillant pour Claude Science ont fourni le travail patient nécessaire pour créer cette carte. Ma contribution s’est limitée à les guider dans ce processus.
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