La plus grande simulation jamais réalisée de l'univers révélée

En 1970, Jim Peebles de l'Université de Princeton a mené une expérience révolutionnaire. Il a utilisé la nouvelle technologie informatique pour simuler le comportement d'un amas de galaxies sous la force de gravité.

Cette simulation était minuscule par rapport aux normes modernes : elle ne concernait que 300 « particules ». Mais cela a montré que les modèles informatiques pouvaient donner un aperçu important de la formation des structures à grande échelle. Il est juste de dire que cette simulation et d'autres premières simulations ont révolutionné la cosmologie.

Aujourd'hui, Juhan Kim du Korea Institute for Advanced Study à Séoul, et quelques amis, montrent à quel point cette technique est arrivée. Ces gars-là ont réalisé la plus grande simulation de l'univers jamais entreprise, consistant en 374 milliards de particules dans une boîte d'environ 10 gigaparsecs de diamètre. Cela équivaut à peu près aux deux tiers de la taille de l'univers observable.

Cela a pris environ 20 jours de temps de calcul sur le supercalculateur Tachyonii en Corée, le 26e plus rapide au monde dans la dernière série de classements.

En revanche, la simulation Millennium 2005, qui était la plus grande simulation cosmologique de son époque, consistait en 10 milliards de particules dans une boîte de 500 mégaparsecs. La nouvelle simulation appelée Horizon Run 3 est 8800 fois plus grande.

Le but de la simulation est de reproduire toute l'évolution d'un univers composé en grande partie de matière noire froide pour voir s'il produit les mêmes structures que nous voyons dans la nôtre - des structures galactiques aux amas galactiques, aux superamas galactiques et au-delà.

Les théories les plus récentes prédisent que notre univers devrait avoir des structures aux plus grandes échelles appelées oscillations acoustiques baryoniques. Ce sont essentiellement les restes d'ondes dans le plasma qui existaient au tout début de l'univers et qui se sont figés sur place en se refroidissant.

Il est clair qu'il n'est possible de modéliser ces objets que dans des simulations qui couvrent une grande partie de l'univers.

Il devrait également y avoir des structures qui sont les précurseurs des galaxies. Ceux-ci se sont formés lorsque la matière noire s'est formée en halos qui ont ensuite attiré la matière visible qui a ensuite formé les galaxies que nous voyons aujourd'hui.

Ces structures sont trop anciennes et donc trop éloignées pour être vues. Mais il devrait être possible de les simuler dans des modèles contenant une fraction significative de l'univers à très haute résolution. À ce jour, cela n'a pas été possible, du moins pas de manière fiable, car les simulations à basse résolution peuvent facilement devenir biaisées de manière irréaliste. .

La nouvelle simulation ouvre donc la voie à l'étude détaillée de ces objets pour la première fois. En effet, les astronomes scrutent ces simulations comme s'ils observaient depuis une Terre virtuelle au centre d'un univers virtuel. Ils cherchent à voir si les simulations reproduisent (en moyenne) l'univers que nous voyons et, si oui, à quoi devraient ressembler les observations plus lointaines avec la prochaine génération de télescopes.

C'est impressionnant. Mais clairement, Horizon Run 3 n'est qu'une étape dans une course en cours pour faire de plus grandes simulations de l'univers dans de plus grandes résolutions. Et un jour, il semblera aussi primitif aux futurs cosmologistes que l'analyse de l'amas de galaxies de Peeble l'est aujourd'hui.

Réf : arxiv.org/abs/1112.1754 : Les simulations cosmologiques N-Body de New Horizon Run

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