Durham prend les devants dans la plus grande simulation de l’Univers – Palatinat

Par Léo Li

Dans un récent effort de collaboration pour créer la représentation la plus complète de notre Univers, le Prof. Carlos Frank, prof. Adrian Jenkins et Dr. John Helly du Département de physique de l’Université de Durham a co-organisé le projet international SIBELIUS-DARK.

Faisant partie du mégaprojet SIBELIUS (Simulations Beyond The Local Universe), SIBELIUS-DARK a simulé la structure cosmique jusqu’à une distance de 600 millions d’années-lumière de la Voie lactée, enveloppant toutes les galaxies du groupe local.

Le groupe local est le groupe de galaxies dans lequel se trouve notre maison, la Voie lactée. Il s’étend sur 10 millions d’années-lumière – bien enveloppé par les simulations SIBELIUS-DARK – et a la forme d’un haltère. À une extrémité spirale notre belle Voie Lactée, et à l’autre la Galaxie d’Andromède, avec laquelle nous sommes liés sur une trajectoire de collision.

Incroyablement, une étendue aussi énorme que le Groupe Local n’est qu’une minuscule queue du Superamas de la Vierge qui en soi n’est qu’un lobe du Superamas de Laniakea – nous taquinant avec une régression presque infinie, se moquant de notre insignifiance microscopique. D’où notre effort pour recréer les célestes qui habitent au-dessus de nous, pour cartographier l’inconnu sombre.

SIBELIUS-DARK s’est inspiré de ses nombreux prédécesseurs, mais les a dépassés

SIBELIUS-DARK s’est inspiré de ses nombreux prédécesseurs, mais les a dépassés. Les chercheurs ont pleinement compris l’importance de contraindre les conditions initiales de la formation cosmique afin de vraiment sonder les propriétés microscopiques et évolutives des galaxies locales. Une contrainte majeure, par exemple, est que notre Univers est dominé par la matière noire froide. Alors que les simulations précédentes utilisaient uniquement des objets locaux individuels ou traitaient le volume galactique dans son ensemble mais uniquement dans un rayon limité, SIBELIUSDARK a atteint un équilibre entre exhaustivité et extensivité, en couvrant une plus grande région à une résolution plus élevée.

SIBELIUS-DARK a utilisé l’algorithme BORG (Bayesian Origin Reconstruction from Galaxies), qui est un programme entièrement probabiliste qui reproduit la distribution de la matière de l’Univers en alimentant suffisamment de conditions initiales statistiques. En imposant des contraintes cosmologiques critiques – décalages vers le rouge et distances de déplacement – et un ensemble de critères « lâches » sur le groupe local – à savoir les séparations, les vitesses relatives et les orientations des autres galaxies par rapport à la Voie lactée – 60 000 simulations à basse résolution ont été réduites à 2 309 . Un ensemble de critères “plus stricts” a ensuite été imposé aux neuf candidats les plus représentatifs parmi les 2 309, resimulés à une résolution beaucoup plus élevée mille fois de plus, le réduisant à seulement trois utilisés enfin pour SIBERIUS-DARK.

Cet algorithme de simulation a été réalisé à l’aide du code SWIFT (SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking) sur les supercalculateurs de l’Université de Durham. SWIFT est un autre programme spécialisé dans la simulation des forces dues à la gravité et aux fluides, qui, dans cette recherche, a pris plusieurs semaines pour s’exécuter (pour un total de 3,5 millions d’heures CPU).

SIBELIUS-DARK est un berceau de possibilités inexplorées, tout comme notre univers rempli de matières invisibles

Il y a deux résultats remarquables de la simulation. Premièrement, le nombre de halos avec des masses supérieures à la masse de coupure théorique est plus élevé que prévu. Bien que pas impossible, la probabilité que le volume local habite quatre halos (à savoir Perseus, Hercules-A, Hercules-B et Norma) est d’environ une sur cent. Deuxièmement, l’existence d’un “trou local”, une sous-densité de galaxies dans notre voisinage. Cela pourrait s’avérer être un défi lorsque nous essayons d’interpréter les données d’expansion cosmique à partir des mesures du fond diffus cosmologique, bien qu’il ne soit pas si grave qu’il présente un danger pour notre modèle standard actuel de cosmologie.

En dehors de ces deux surprises ou anomalies, SIBELIUS-DARK réussit à représenter la distribution spatiale et les traits caractéristiques des galaxies proches en excellent accord avec les données empiriques observées.

Mais nos ambitions ne s’arrêtent pas là. SIBELIUS-DARK est un berceau de possibilités inexplorées, tout comme notre univers rempli de matières invisibles. Les chercheurs ont mis en garde contre la surinterprétation des résultats actuellement obtenus, notant leur imperfection. Mais l’absence de perfection signifie potentiel. Nous sommes fixés sur des re-simulations avec une hydrodynamique avancée et des raffinements sur les reconstructions de modèles. Avec passion et curiosité, un jour, nous verrons peut-être notre Univers aussi clairement et clairement que le ciel bleu de notre Terre.

Image : Geralt, Pixabay

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