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  • Illustris : la Première Simulation Réaliste de l’Univers

    Posté le 9 mai 2014

    Illustris
    Un grand amas de galaxies, ainsi qu’un dense halo de matière noire, formé au centre de l’Univers simulé

    Est-ce que les théories de cosmologie actuelles peuvent expliquer comment l’Univers a évolué ? Une des manières de le savoir est de se servir d’un supercalculateur pour y entrer toutes les informations concernant ce que nous pensons savoir à propos de l’Univers primordial et de la formation des galaxies, et de voir ce qu’on obtient.

    C’est exactement ce qu’ont fait les chercheurs avec la simulation présentée dans le journal Nature du 8 mai 2014. Et l’Univers révélé est plutôt ressemblant. Ces résultats donnent du poids au modèle standard de la cosmologie mais pourraient également aider les physiciens à voir où nos modèles concernant la formation des galaxies ne tiennent pas la route.

    Cette simulation, appelée Illustris, peut recréer toute l’évolution de l’Univers en un cube de 350 millions d’années de côté, tout ça avec une résolution sans précédent.

    Mark Vogelsberger (MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), qui a dirigé les travaux en collaboration avec des chercheurs de plusieurs institutions (dont le Heidelberg Institute for Theoretical Studies en Allemagne), explique qu’aucune simulation n’avait pu jusqu’à maintenant reproduire l’Univers à grande et petite échelle simultanément…

    La simulation suit l’évolution de la matière et de la matière noire à partir de 12 millions d’années après le Big Bang. Alors que les précédents modèles étaient soit petits et détaillés, soit très grands et avec une résolution plus faible, cette simulation couvre une région de l’Espace qui est assez grande pour être représentative de l’Univers tout entier et suffisamment détaillée pour que l’on puisse zoomer sur des détails comme des galaxies individuelles.

    Contrairement aux précédentes simulations, Illustris produit différentes formes de galaxies qui correspondent bien aux observations. Elle recrée également la distribution à grande échelle des amas de galaxies et des gaz neutres de l’Univers ainsi que l’hydrogène et les éléments lourds contenus dans les galaxies.

    Mark Vogelsberger explique que cette simulation doit son succès aux algorithmes améliorés et au fait que les calculs incluent un grande variété de physique, telle que la formation des trous noirs supermassifs et leurs effets sur leur environnement. Illustris requiert une énorme puissance de calcul : en utilisant plus de 8000 processeurs en parallèle la simulation a nécessité 3 mois de calculs. En utilisant l’ordinateur de bureau le plus puissant possible, il aurait fallu presque 2000 ans.

    Les précédents modèles ont eu des difficultés à obtenir des valeurs correctes pour les propriétés les plus basiques des galaxies, explique Chris Brook (astrophysicien à l’Université autonome de Madrid) qui étudie la formation des galaxies via des simulations. On ne savait pas si ces échecs étaient provoqués par des problèmes avec la modélisation de la formation des galaxies ou par un problème sous-jacent dû au modèle standard de la cosmologie du Big Bang, dans lequel seulement 4% de l’Univers est composé de matière ordinaire, 23% de matière noire et 73% d’énergie noire.

    C’est seulement récemment qu’il a été possible d’utiliser ce modèle pour simuler des galaxies qui correspondaient à un éventail de propriétés observées. Le fait que Vogelsberger et ses collègues aient reproduit la variété de galaxies observées dans l’Univers réel met le modèle standard sur des bases plus solides, explique Chris Brook. A partir de maintenant, ces simulations deviendront beaucoup plus utiles pour prédire et interpréter les résultats de l’observation.

    Bien que le modèle soit en accord avec les observations, il comporte des anomalies. Les galaxies de faible masse se constituent trop tôt, par exemple. « L’idée est maintenant d’essayer de comprendre pourquoi cela se produit et de voir ce qui nous échappe en termes de formation galactique » explique Vogelsberger.

    Illustris-HUDF
    A gauche, une image (HUDF) prise par le télescope Hubble. A droite, l’Univers simulé

    Source : Nature


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