• Cosmologie: une simulation inédite de l’évolution des structures cosmiques, qui débute quelques instants après le Big-Bang et se poursuit jusqu’à aujourd’hui, a été faite!____¤202011

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Formation of compact galaxies in the Extreme-Horizon simulation» sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics Letters, rapporte que la collaboration Extreme-Horizon a produit une simulation inédite de l’évolution des structures cosmiques (galaxiesétoiles et trous noirs supermassifs) qui débute quelques instants après le Big-Bang et se poursuit jusqu’à aujourd’hui. Réalisée sur le supercalculateur Joliot-Curie de GENCI, elle décrit avec une résolution sans précédent les régions intergalactiques qui représentent 90 % du volume de l’Univers.

     

    Relevons tout d'abord que «la matière visible ne constitue que 16 % de la masse totale de l’Univers et que «le reste de la masse dont la nature reste encore mal connue, porte le nom de matière noire». De plus, «la masse totale de l’Univers ne représente que 30 % de son contenu énergétique» le reste formant l’énergie noire, «totalement inconnue mais responsable de l’expansion accélérée de l’Univers».

     

    Dans ce contexte, la collaboration Extreme-Horizon a conduit «une simulation de l’évolution des structures cosmiques depuis les premiers instants suivants le Big-Bang et jusqu’à aujourd’hui sur le supercalculateur Joliot-Curie, qui offre une puissance de 22 petaflops (22 x 1015 opérations flottantes par seconde)». Dans cette simulation, «le volume de données numériques traitées a dépassé 3 To (1012 octets) à chaque pas du calcul, justifiant la mise en œuvre de nouvelles techniques d’écriture (code numérique à raffinement adaptatif de maille RAMSES) et de lecture des données de simulation».

     

    Le premier résultat de cette simulation concerne les 'nuages' d'hydrogène intergalactiques que les astrophysiciens «détectent en mesurant l'absorption de la lumière des quasars (des sources extrêmement lumineuses en raison de la présence d'un trou noir supermassif qui attire la matière dans son disque d'accrétion)».

     

    Concrètement, «tous les nuages situés le long de la ligne de visée produisent une 'raie d’absorption' (Lyman-α) présentant chacune un 'décalage vers le rouge' spécifique, en raison de l’expansion de l’Univers», de sorte que l'ensemble de ces raies forme «une 'forêt' touffue qui révèle la répartition unidimensionnelle des nuages d'hydrogène, et donc de la matière, à des distances comprises entre 10 et 12 milliards d'années-lumière (al)».

     

    Alors que «de nombreux trous noirs supermassifs, situés entre ces quasars et nous, expulsent une quantité considérable d’énergie dans le milieu intergalactique, modifiant son état thermique et les propriétés de la forêt Lyman- α», le modèle physique utilisé dans la simulation Extreme-Horizon «décrit finement ces rétroactions qui biaisent les estimations des paramètres cosmologiques de quelques pour cent». De ce fait, «le facteur correctif calculé sera crucial en particulier pour l’expérience DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), en construction en Arizona (États-Unis), car il peut dépasser 5 % alors que la précision visée est 1 %».

     

    D'autre part, grâce à «la haute résolution de la simulation Extreme-Horizon dans les régions de faible densité», il a été possible «de décrire l’accrétion de gaz 'froid' sur les galaxies et la formation des galaxies massives ultra-compactes lorsque l’Univers n’avait que 2 à 3 milliards d’années». Il est apparu que ces galaxies atypiques, observées récemment grâce au radiotélescope ALMA au Chili, «se forment par agglomération rapide de nombreuses galaxies très petites» selon un mode de croissance 'en essaim d’abeilles' qui «n’a pu être révélé que par la résolution exceptionnelle d’Extreme-Horizon».

     

     


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