Après trois ans de réflexions et de perfectionnement, l'application "
Astro-Colibri" vient d'être lancée. Cette interface numérique réalisée par des chercheurs de l'Irfu/DPhP a pour but de rendre facilement accessibles et en temps réel des informations sur les phénomènes transitoires et multi-messagers. La nécessité de réagir rapidement aux explosions les plus violentes de l'univers et la richesse des informations fournies par le réseau mondial d'observatoires demandent de nouvelles approches et de nouveaux outils. A travers "Astro-Colibri" ce sont plusieurs observatoires qui ont désormais la capacité de se coordonner dans la surveillance et l'identification des sources de phénomènes physiques du ciel transitoire.
La plateforme existant sous forme d'application smartphone (IOS et Android) et de site web permet de mettre les alertes dans leur contexte d'observation en les croisant avec des données déjà connues, ce qui constitue un gain de temps considérable pour les chercheurs. De plus, l'application anticipe les meilleurs créneaux d'observation possibles pour un observatoire donné. Cette interface gratuite est également un outil ludique et pratique pour les férus d'astrophysique qui sauront facilement se mouvoir sur cette application fonctionnelle.
L'astronomie et l'astrophysique connaissent actuellement plusieurs changements fondamentaux, tels que l'importance croissante des observations des phénomènes transitoires, c'est-à-dire des émissions de courte durée, comme les explosions de supernovae, les sursauts radio rapides (FRB) et les sursauts gamma (GRB). Dans le même temps, la détection d'un nombre croissant de messagers cosmiques différents permet aux chercheurs d'obtenir des informations cruciales sur ces objets. Par exemple aujourd'hui, la détection de neutrinos de haute énergie et d'ondes gravitationnelles (GW) complète régulièrement les observations astronomiques traditionnelles provenant du spectre électromagnétique.
Cette tendance va s'amplifier fortement dans les années à venir, avec la mise en service d'une grande variété d'observatoires de nouvelle génération qui permettront d'approfondir les études du ciel transitoire. Ces observatoires couvrent l'ensemble du spectre électromagnétique, depuis le domaine radio (p.e. Square Kilometer Array (SKA)), les observations optiques (p.e. Vera Rubin Observatory), les rayons X (p.e. SVOM, ATHENA), jusqu'aux rayons gamma de plus haute énergie (p.e. LHAASO, Cherenkov Telescope Array (CTA)). À cela s'ajoutent des améliorations significatives et la mise en service d'observatoires permettant de détecter de nouveaux messagers cosmiques provenant des phénomènes les plus violents de l'univers: neutrinos de haute énergie (IceCube-Gen2, KM3NeT, GVD) et ondes gravitationnelles (Virgo/LIGO/KAGRA, LISA).
La richesse des informations fournies par le réseau mondial d'observatoires, combinée avec la nécessité de réagir en temps réel pour capter les explosions les plus violentes de l'univers, exige de nouvelles approches et de nouveaux outils. Dans ce contexte, une équipe actuellement composées de 4 personnes (Fabian Schüssler, Atilla Kaan Alkan, Valentin Lefranc et Patrick Reichherzer) appartenant à L'IRFU/DPhP et à l'Université de Bochum a développé le logiciel "Astro-COLIBRI", mis gratuitement à disposition des chercheurs mais aussi du public intéressé, sur internet, iOS et Android. Astro-COLIBRI est une plateforme qui évalue les alertes d'observations transitoires en temps réel, les filtre selon des critères spécifiés par l'utilisateur, ce qui permet de les placer dans leur contexte en termes de longueurs d'onde et de type de messagers. Grâce à la génération rapide d'une vue d'ensemble des sources constantes connues ainsi que des événements transitoires sur une carte du ciel, Astro-COLIBRI contribue à améliorer le potentiel de découverte des observations par coïncidences et du suivi des événements transitoires.
Figure 1: Astro-COLIBRI, un point central d'information sur les sources astrophysiques et les événements transitoires. L'architecture du logiciel comprend du côté back-end un système d'alerte basé sur le cloud et une interface de programmation d'application (API) qui analyse et stocke les informations dans des bases de données statiques et temps réel. Côté utilisateur, sont mis à disposition un site web et des applications pour iOS et Android. Ces dernières fournissent une représentation graphique avec un résumé des données pertinentes pour permettre l'identification rapide de phénomènes intéressants ainsi qu'une évaluation des conditions d'observation pour une grande sélection d'observatoires dans le monde. Fournissant un accès direct à un grand nombre de services externes supplémentaires, Astro-COLIBRI devient le point central d'accès aux informations sur les sources astrophysiques et les événements transitoires (voir Fig. 1).
Illustré en Figure 2, Astro-COLIBRI est une architecture de cloud-computing complexe, centrée sur une interface de programmation (API). Les clients et les services externes peuvent envoyer des requêtes HTML à l'API par le biais de divers points d'accès publics et privés/protégés. L'API est construite en Python et le micro framework Flask. Elle exécute des tâches spécifiques à forte intensité de calcul et renvoie un fichier JSON contenant les informations calculées et collectées à partir des bases de données. L'API fonctionne dans un conteneur et peut donc être déployée de manière flexible sur n'importe quelle plateforme de cloud-computing. Actuellement, elle est hébergée sur le service Heroku.
Figure 2: Architecture de la plateforme Astro-COLIBRI.
Figure 3: Vue du ciel montrant la position de l'événement IceCube-170922A en noir ainsi que la position des autres sources du ciel actives pour la période de temps.spécifiée (en vert, les sources Fermi, en orange les sources Swift par exemple). A droite, des caractéristiques de l'événement sont données ainsi que sa visibilité par le télescope HESS au cours des 24 prochaines heures. Afin d'informer les utilisateurs de la manière la plus efficace possible et d'offrir une utilisation moderne et mobile, il a été décidé de développer en utilisant le framework open-source Flutter. Ce dernier permet avec le même langage de programmation (Dart) de créer un site web, des applications iOS et Android de manière native. Comme une seule base de code commune est utilisée pour tous les clients, la maintenance du code demande moins d'effort et l'implémentation de fonctionnalités supplémentaires est particulièrement rapide. Le site web est accessible via différentes URLs (par exemple, https://astro-colibri.com et
https://astro-colibri.science) et est hébergé dans Firebase qui fournit un accès performant et à faible latence. Une capture d'écran du site web est présentée figure 3. Les clients sont connectés à la base de données en temps réel via des flux liés à une base de données hébergée chez Google appelée Firebase Firestore. Les événements transitoires qui intéressent l'utilisateur sont affichés via ces flux en temps réel et transmis via des notifications sur les appareils mobiles.
Astro-COLIBRI présente les événements organisés de manière temporelle, ainsi que d'autres événements transitoires en tenant compte des échelles de temps pertinentes pour chaque catégorie d'événement. Pour cela, Astro-COLIBRI utilise des recherches circulaires autour de l'événement sélectionné, dans lesquelles les sources et les événements transitoires sont affichés. Un exemple est présenté dans la vue du smartphone sur l'image de gauche de la figure 4. L'incertitude de la localisation de l'événement transitoire sélectionné est visualisée par l'ellipse noire.
Dans l'astronomie multi-longueurs d'onde et multi-messagers, il y a une demande croissante pour une coordination rapide et efficace entre observatoires permettant le suivi d'événements transitoires. Astro-COLIBRI permet d'afficher la visibilité et l'observabilité à court et à long terme des événements transitoires pour tous les principaux observatoires ou pour un emplacement personnalisé. Les tracés de visibilité contiennent le suivi de l'altitude de la source, de l'altitude du Soleil, de l'altitude de la Lune, de la phase de la Lune, de la séparation Lune-source, etc.
La visibilité d'un événement pour l'observatoire sélectionné par l'utilisateur est affichée immédiatement. Les conditions d'observation exactes, y compris les observations possibles pendant le temps de présence de la Lune dans le ciel, sont calculées automatiquement pour les observatoires sélectionnés. L'image de droite de la figure 4 montre un exemple de tracé de visibilité pour l'observatoire H.E.S.S.. Grâce à un lien personnalisé vers le Tool for Observation visiBilitY and schedule (TOBY) de l'ESA, les utilisateurs ont également un accès direct à la visibilité et au calendrier des observatoires spatiaux tels que INTEGRAL, Gaia, Chandra, Insight-HXMT, XMM-Newton et Swift.
Figure 4: Illustration de l'application pour smartphone d'Astro-COLIBRI.
L'utilisation d'Astro-COLIBRI est gratuite pour les astronomes professionnels et amateurs. Il est déjà régulièrement utilisé par les responsables des sources transitoires dans plusieurs observatoires (par exemple H.E.S.S., CTA/LST-1, SVOM, etc.). Le site web est disponible à l'adresse https://astro-colibri.com et les applications pour smartphones sont disponibles dans les magasins d'applications appropriés (Android / iOS). De plus amples informations, des tutoriels, etc. sont disponibles sur notre chaîne YouTube dédiée. Vous pouvez également nous suivre sur Twitter: @AstroColibri.
Un article décrivant les fonctionnalités d'Astro-COLIBRI est publié dans la revue Astrophysical Journal (
P. Reichherzer et al 2021 ApJS 256 5, disponible aussi sur
arXiv). Des exemples concrets d'utilisation sont décrits dans un autre article (
F. Schüssler et al. PoS (ICRC2021) 935 (2021), disponible aussi sur
arXiv).