Voici la simulation virtuelle de notre Univers la plus précise à ce jour
Dans le calendrier cosmique, qui trace la chronologie de l’Univers sur une seule année terrestre, les humains modernes n’apparaissent qu’à la toute dernière minute du 31 décembre.
(McAlpine et al., MNRAS, 2022)
Tout ce que nous comprenons de l’évolution de l’Univers, nous avons dû le reconstituer. Nous n’avons tout simplement pas été là pendant la majeure partie des 13,7 milliards d’années d’histoire du cosmos pour l’observer en action.
Ce travail de détective a été assez épique. L’un des outils dont nous disposons est la simulation de la formation et de l’évolution des vastes structures qui couvrent l’espace observable.
Aujourd’hui, à l’aide de superordinateurs, une équipe internationale de scientifiques dirigée par l’université d’Helsinki, en Finlande, a produit la simulation la plus grande et la plus précise jamais réalisée de l’évolution de l’Univers local. Cela peut nous aider à comprendre les dynamiques en jeu à mesure que l’Univers continue d’évoluer, y compris les mystérieuses matière noire et énergie noire.
“Les simulations révèlent simplement les conséquences des lois de la physique qui agissent sur la matière noire et le gaz cosmique tout au long des 13,7 milliards d’années d’existence de notre Univers”, explique le cosmologiste Carlos Frenk de l’université de Durham, au Royaume-Uni.
“Le fait que nous ayons pu reproduire ces structures familières apporte un soutien impressionnant au modèle standard de la matière noire froide et nous indique que nous sommes sur la bonne voie pour comprendre l’évolution de l’Univers tout entier.”
La simulation s’appelle SIBELIUS-DARK, et elle couvre un volume d’espace s’étendant sur 600 millions d’années-lumière à partir du système solaire. Elle comprend plusieurs amas de galaxies, dont la Vierge, Coma et Persée, les galaxies Voie lactée et Andromède, le vide local et le Grand Attracteur.
La distribution de la matière noire dans le volume SIBERIUS-DARK. (McAlpine et al., MNRAS, 2022)
Dans ce volume d’espace, la simulation devait tenir compte d’environ 130 milliards de particules. Le calcul de ces particules sur toute la durée de vie de l’Univers – et à une résolution plus élevée que jamais – a pris plusieurs semaines sur le superordinateur DiRAC COSmology MAchine (COSMA) de l’université de Durham, produisant un pétaoctet de données. Ensuite, les chercheurs ont dû comparer les résultats avec des études observationnelles de l’Univers réel.
Ils ont ainsi pu explorer ce qu’on appelle le modèle de cosmologie de la matière noire froide, la norme actuelle pour cartographier l’évolution de l’Univers. Ce modèle s’appuie sur un vaste réseau cosmique de matière noire, la mystérieuse masse invisible responsable de l’augmentation de la gravité de l’Univers au-delà de ce qui peut être expliqué par la matière normale.
Selon ce modèle, la matière noire s’accumule en amas appelés halos. L’hydrogène et d’autres gaz se nourrissent de ces halos, formant finalement des étoiles, puis des galaxies. Ce modèle explique un certain nombre de propriétés de l’Univers observable. Cependant, la plupart des simulations qui l’intègrent simulent une parcelle aléatoire de l’Univers.
Notre parcelle de l’Univers est un peu en dehors de la norme aléatoire. La Voie lactée flotte dans un vide, c’est-à-dire une sous-densité relative de galaxies par rapport à la distribution moyenne dans l’Univers au sens large. Les chercheurs ont donc décidé de recréer notre propre coin de l’Univers, pour voir si le modèle de matière noire froide pouvait reproduire ce que nous voyons dans notre voisinage immédiat.
C’est le cas.
“Ce projet est véritablement révolutionnaire”, déclare le cosmologiste Matthieu Schaller de l’université de Leyde, aux Pays-Bas. “Ces simulations démontrent que le modèle standard de matière noire froide peut produire toutes les galaxies que nous voyons dans notre voisinage. C’est un test très important à passer pour le modèle”.
Mais SIBELIUS-DARK a également montré que le vide local pourrait être inhabituel, dans la mesure où il semble avoir évolué à partir d’une sous-densité locale à grande échelle de matière noire dès le départ. Ce qui a produit cette sous-densité dans la toile cosmique primitive devra faire l’objet d’explorations futures.
En attendant, l’équipe effectuera d’autres analyses de la simulation afin de tester le modèle de cosmologie de la matière noire froide.
“En simulant notre Univers, tel que nous le voyons, nous nous rapprochons un peu plus de la compréhension de la nature de notre cosmos”, déclare le physicien Stuart McAlpine de l’Université d’Helsinki.
“Ce projet constitue un pont important entre des décennies de théorie et les observations astronomiques.”
La recherche a été publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
