Image simulée qui montre la distribution de la matière dans l'Univers. Crédit d'image: MPG. Cliquez pour agrandir.
Le consortium Virgo, un groupe international d'astrophysiciens du Royaume-Uni, d'Allemagne, du Japon, du Canada et des États-Unis a publié aujourd'hui (2 juin) les premiers résultats de la simulation la plus grande et la plus réaliste jamais réalisée sur la croissance de la structure cosmique et la formation de galaxies et quasars. Dans un article publié dans Nature, le Virgo Consortium montre comment la comparaison de ces données simulées avec de grandes enquêtes d'observation peut révéler les processus physiques sous-jacents à l'accumulation de galaxies réelles et de trous noirs.
La «Millennium Simulation» a employé plus de 10 milliards de particules de matière pour suivre l'évolution de la distribution de matière dans une région cubique de l'Univers sur 2 milliards d'années-lumière d'un côté. Il a gardé le principal supercalculateur du Centre de supercalculation de la Max Planck Society à Garching, en Allemagne, occupé pendant plus d’un mois. En appliquant des techniques de modélisation sophistiquées aux 25 téraoctets (25 millions de mégaoctets) de sortie stockée, les scientifiques de la Vierge sont capables de recréer des histoires évolutives pour les quelque 20 millions de galaxies qui peuplent cet énorme volume et pour les trous noirs supermassifs parfois considérés comme des quasars dans leur cœur. .
Les télescopes sensibles aux micro-ondes ont pu imager l'Univers directement alors qu'il n'avait que 400 000 ans. La seule structure à cette époque était de faibles ondulations dans une mer autrement uniforme de matière et de rayonnement. L'évolution gravitationnelle a ensuite transformé ces ondulations en une structure extrêmement riche que nous voyons aujourd'hui. C'est cette croissance que la simulation du millénaire est conçue pour suivre, avec le double objectif de vérifier que ce nouveau paradigme d'évolution cosmique est bien conforme à ce que nous voyons, et d'explorer la physique complexe qui a donné naissance aux galaxies et à leurs trous noirs centraux. .
Les récents progrès de la cosmologie démontrent qu'environ 70% de notre univers est actuellement constitué d'énergie noire, un champ de force mystérieux qui provoque son expansion toujours plus rapide. Environ un quart se compose apparemment de Cold Dark Matter, un nouveau type de particule élémentaire qui n'est pas encore directement détecté sur Terre. Environ 5% seulement sont fabriqués à partir de la matière atomique ordinaire que nous connaissons, la plupart étant constituée d'hydrogène et d'hélium. Tous ces composants sont traités dans Millennium Simulation.
Dans leur article sur la nature, les scientifiques de la Vierge utilisent la simulation du millénaire pour étudier la croissance précoce des trous noirs. Le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a découvert un certain nombre de quasars très éloignés et très brillants qui semblent héberger des trous noirs au moins un milliard de fois plus massifs que le Soleil à une époque où l'Univers avait moins d'un dixième de son âge actuel.
«De nombreux astronomes ont pensé que cela était impossible à concilier avec la croissance progressive de la structure prévue par l'image standard», explique le Dr Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching), chef de file du projet Millennium et premier auteur de l'article, «Yet , lorsque nous avons essayé notre modélisation de la formation des galaxies et des quasars, nous avons constaté que quelques trous noirs massifs se formaient suffisamment tôt pour expliquer ces très rares quasars SDSS. Leurs hôtes de galaxies apparaissent pour la première fois dans les données du millénaire alors que l'Univers n'a que quelques centaines de millions d'années, et aujourd'hui ils sont devenus les galaxies les plus massives au centre des plus grands amas de galaxies. »
Pour le professeur Carlos Frenk (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), responsable de Virgo au Royaume-Uni, l'aspect le plus intéressant des résultats préliminaires est le fait que la Millennium Simulation démontre pour la première fois que les modèles caractéristiques imprimés sur la question la distribution aux premières époques et visible directement sur les cartes micro-ondes, devrait toujours être présente et devrait être détectable dans la distribution observée des galaxies. "Si nous pouvons mesurer les baryons se tortille suffisamment bien", explique le professeur Frenk, "alors ils nous fourniront une tige de mesure standard pour caractériser la géométrie et l'histoire d'expansion de l'univers et ainsi en apprendre davantage sur la nature de l'énergie noire."
«Ces simulations produisent des images stupéfiantes et représentent une étape importante dans notre compréhension de la façon dont l'Univers primitif a pris forme.» a déclaré le directeur général du PPARC, le professeur Richard Wade. "La simulation du millénaire est un brillant exemple de l'interaction entre la théorie et l'expérience en astronomie, car les dernières observations d'objets astronomiques peuvent être utilisées pour tester les prédictions de modèles théoriques de l'histoire de l'Univers."
Les applications les plus intéressantes et les plus étendues de la simulation du millénaire restent à venir selon le professeur Simon White (Institut Max Planck d'astrophysique) qui dirige les efforts de la Vierge en Allemagne. "De nouvelles campagnes d'observation nous fournissent des informations d'une précision sans précédent sur les propriétés des galaxies, des trous noirs et de la structure à grande échelle de notre Univers", note-t-il. «Notre capacité à prédire les conséquences de nos théories doit atteindre un niveau de précision correspondant si nous voulons utiliser ces enquêtes efficacement pour en savoir plus sur l'origine et la nature de notre monde. Millennium Simulation est un outil unique pour cela. Notre plus grand défi est maintenant de mettre son pouvoir à la disposition des astronomes du monde entier afin qu'ils puissent insérer leur propre modélisation de formation de galaxies et de quasars afin d'interpréter leurs propres levés d'observation. »
Source d'origine: communiqué de presse PPARC
