Une équipe internationale d’astronomes a récemment accompli ce qui est considéré comme la plus grande simulation informatique cosmologique jamais réalisée. Cette simulation suit non seulement la matière noire, mais aussi la matière ordinaire, y compris les planètes, les étoiles et les galaxies. Ces simulations offrent un aperçu de la manière dont notre Univers a pu évoluer.
Les simulations : un outil puissant pour explorer l’Univers
Les simulations FLAMINGO ont la capacité de calculer l’évolution de tous les composants de l’Univers, notamment la matière ordinaire, la matière noire et l’énergie noire, tout en respectant les lois de la physique. À mesure que la simulation progresse, des galaxies virtuelles et des amas de galaxies émergent.
Leur importance est cruciale. En effet, des installations de pointe telles que le télescope spatial Euclid, lancé par l’Agence spatiale européenne (ESA), et le télescope James Webb de la NASA collectent d’énormes quantités de données sur les galaxies, les quasars et les étoiles. Les simulations comme FLAMINGO jouent ici un rôle essentiel dans l’interprétation scientifique de leurs relevés en reliant les prédictions des théories sur notre Univers aux données observées.
Les défis des simulations incluant la matière ordinaire
Selon la théorie actuelle, les propriétés de notre Univers entier sont définies par quelques paramètres cosmologiques. Ces valeurs peuvent être mesurées très précisément de différentes manières. Cependant, il existe des tensions entre les mesures basées sur différentes techniques. Ces tensions pourraient remettre en question le modèle standard de la cosmologie.
Jusqu’à présent, les simulations informatiques comparant les observations ne suivaient que la matière noire. Cependant, la matière ordinaire, bien qu’en moindres quantités, joue également un rôle essentiel dans les prédictions.
Les simulations qui suivent également la matière baryonique sont cependant plus complexes. De ce fait, elles nécessitent davantage de puissance de calcul. Et pour cause, cette forme de matière ressent non seulement la gravité, mais aussi la pression des gaz, ce qui peut provoquer l’expulsion de la matière des galaxies par des trous noirs actifs et des supernovae. La force de ces vents intergalactiques dépend des explosions dans le milieu interstellaire et est difficile à prédire.
Par ailleurs, la contribution des neutrinos, des particules subatomiques de masse très petite, mais mal connue, est également importante. Toutefois, elle n’a pas encore été simulée.
Le processus de simulation et de calibrage
Dans le cadre de ces travaux, les astronomes ont réalisé une série de simulations informatiques pour suivre la formation de structures dans la matière noire, la matière ordinaire et les neutrinos. Pour ce faire, ils ont utilisé l’apprentissage automatique afin de calibrer l’effet des vents galactiques en comparant les prédictions de différentes simulations avec les masses observées des galaxies et la répartition du gaz dans les amas de galaxies.
Cette grande simulation FLAMINGO s’est appuyée sur pas moins de 300 milliards d’éléments de résolution, soit des particules ayant la masse d’une petite galaxie, dans un volume cubique de dix milliards d’années-lumière de côté. C’est considéré comme la plus grande simulation informatique cosmologique incluant de la matière ordinaire jamais réalisée. Pour opérer, les chercheurs ont dû répartir le travail de calcul sur plus de 30 000 processeurs.
Mieux appréhender l’évolution de l’Univers
Ces simulations ouvrent une nouvelle fenêtre virtuelle sur l’Univers, permettant d’exploiter au maximum les observations cosmologiques. En outre, la grande quantité de données virtuelles crée des opportunités pour de nouvelles découvertes théoriques et le test de nouvelles techniques d’analyse des données, notamment l’apprentissage automatique.
Les astronomes pourront utiliser cette approche automatique pour faire des prédictions sur des univers virtuels aléatoires, ce qui leur permettra de mesurer les valeurs des paramètres cosmologiques et d’évaluer les incertitudes en les comparant avec des observations qui contrôlent l’effet des vents galactiques.
Les détails de ces travaux sont publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
