Simuler le Web cosmique

L'idée que les étoiles s'agglutinent dans des univers insulaires est relativement nouvelle en astronomie. Ce n'est que dans les années 1920 et 1930 que les astronomes ont convenu entre eux que les galaxies devaient être séparées par de grandes distances.

Mais ce n'est qu'au cours des 10 dernières années environ que les astronomes ont découvert que les galaxies elles-mêmes forment une structure beaucoup plus grande. Les 100 milliards de galaxies que nous connaissons sont tissées dans un arrangement en forme de toile vaporeuse composé d'amas compacts denses, de filaments allongés et de parois en forme de feuille, au milieu de grandes régions vides presque vides.

Cette structure est connue sous le nom de Web cosmique et l'un des grands défis de la cosmologie moderne est de la modéliser et de la simuler avec précision.

Cela s'avère délicat.

L'une des caractéristiques importantes du Web cosmique est que ses structures s'étendent sur plusieurs ordres de grandeur. Et puisque les plus grandes structures, telles que les caractéristiques en forme de mur, sont formées de plus petites telles que les filaments et les amas, il est crucial que tout modèle puisse gérer la relation entre eux à toutes ces échelles.

C'est plus facile à dire qu'à faire. Une façon d'imaginer le problème est de penser à un zoom arrière à partir d'un amas particulier de galaxies pour montrer les plus grandes structures, plutôt à la manière du célèbre film Powers of Ten réalisé dans les années 1970.

À mesure que les structures à petite échelle deviennent trop petites pour être résolues, la plupart des modèles informatiques appliquent une sorte de processus de lissage statistique pour faciliter les calculs à grande échelle.

Mais si vous effectuez un nouveau zoom avant, il n'y a aucun moyen de récupérer les informations perdues par le processus de lissage, autre que de reconstruire l'image à partir des données d'origine.

Ce n'est pas grave si tout ce que vous voulez, c'est un modèle 3D de l'univers. Mais c'est un problème si vous voulez simuler comment les structures à grande échelle se forment à partir de structures plus petites et comment, à son tour, la forme des grandes structures influence la façon dont les structures plus petites évoluent.

Ce type de processus de rétroaction est impossible à modéliser lorsque le processus de lissage entre différentes échelles détruit essentiellement tout lien significatif entre elles.

Entrent Rien van de Weygaert et Willem Schaap à l'Université de Groningen aux Pays-Bas. Ces gars-là ont développé un moyen de modéliser des structures sur de nombreuses échelles sans le lissage artificiel que d'autres approches utilisent.

Leur astuce consiste à considérer les galaxies comme des points dans l'espace 3D et à remplir l'espace entre elles avec des tétraèdres. Ces tétraèdres doivent être construits de telle manière que, si une sphère était gonflée à l'intérieur de chacune jusqu'à ce qu'elle touche les côtés, il n'y aurait pas de galaxies à l'intérieur de chaque sphère.

C'est ce qu'on appelle un pavage de Delauney. La particularité des pavages de Delauney est qu'à mesure que l'échelle s'agrandit, il existe des règles pour combiner les tétraèdres en de plus grands. Ces règles sont spéciales car elles sont réversibles, ce qui signifie que les caractéristiques importantes de la structure d'origine peuvent être reconstruites lorsque vous zoomez à nouveau.

Cela rend beaucoup plus facile de simuler la rétroaction entre les structures à différentes échelles.

Il n'est donc pas surprenant que les astronomes soient enthousiasmés par le potentiel de ce qu'on appelle l'estimateur de champ de tessellation de Delaunay (DTFE). Si vous voulez en savoir plus, de Weygaert et quelques amis donnent un aperçu complet de l'idée sur l'arXiv aujourd'hui.

Cela devrait signifier que nous aurons un bien meilleur modèle de la structure à grande échelle de l'univers.

Cela devrait également signifier que nous pouvons mettre à jour le film Powers of Ten qui, naturellement compte tenu de son âge, ne montre aucun détail dans l'univers au-delà de notre amas local de galaxies.

Réf : arxiv.org/abs/0912.3448 : Géométrie et morphologie du Web cosmique : analyse des modèles spatiaux dans l'univers

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