Impressionnante simulation de l’évolution cosmique en vidéo

Découvrez avec une précision inégalée, la simulation d’une parcelle d’Univers la plus réaliste jamais réalisée. Généalogie de la matière au fil de plus de 13 milliards d’années d’évolution cosmique. Stupéfiant !

Mark Vogelsberger (MIT et centre d’Astrophysique d’Harvard-Smithsonian) et toute l’équipe du projet « Illustris » ont présenté dans la revue Nature (numéro du 8 mai 2014) leur impressionnante simulation numérique de l’évolution d’un échantillon du cosmos. Une merveille de calculs dont l’ambition est de rejouer le plus fidèlement possible au sein d’un petit cube de 350 millions d’années-lumière de côté tous les processus qui ont transformé notre Univers au fil des 13,8 milliards d’années écoulées (la simulation débute 12 millions d’années seulement après le Big Bang).

Trouver la bonne recette

Pour obtenir ce magnifique résultat, il aura fallu aux 8.192 processeurs du super calculateur travailler non-stop durant trois mois afin de modéliser une parcelle d’Univers. Pour relever semblable défi, un simple ordinateur domestique aurait besoin de 2.000 ans ! L’algorithme ACEPO a ainsi réclamé cinq années de développement (plus de 100.000 lignes de codes) pour permettre cette simulation la plus réaliste possible. « Jusqu’à présent, aucune simulation n’était capable de reproduire l’Univers simultanément à petites et grandes échelles », commente le principal initiateur du projet.

Programmeurs et scientifiques d’ « Illustris » ont ainsi tenu à représenter toutes les interactions hydrodynamiques de la matière. Aussi, pour s’approcher au plus prés des « saveurs » observées — plus concrètement — dans les sondages des confins de l’Univers du télescope spatial Hubble, les chercheurs ont-ils mélangé les ingrédients essentiels : l’énigmatique et abondante matière noire — dont la recette demeure inconnue — et plusieurs cuillerées de matière plus ordinaire (paradoxalement plus rare) à laquelle, par ailleurs, nous appartenons. Cela inclut donc toutes les transmutations physico-chimiques qui sont à l’œuvre depuis l’aube de l’Univers telle les nuages moléculaires, usines stellaires qui produisent des éléments de plus en plus lourds (métallicité) au fil des générations. Les cosmologistes peuvent ainsi étudier la distribution de tous ces ferments au fil du processus (…). S’illustrent aussi les influentes étoiles massives, les supernovae et les trous noirs supermassifs tapis au cœur de leur galaxie-hôte. Au total, ce sont quelque 12 milliards d’éléments ou particules en trois dimensions qui interagissent au sein d’un petit échantillon d’Univers (large de seulement 350 millions d’années-lumière). Les plus petits d’entre eux ne s’étendent que sur 150 années-lumière. Jamais, dans toutes les précédentes simulations réalisées, une telle résolution ne fut atteinte.

Univers illustré

Au terme de cette séquence couvrant près de 13,8 milliards d’années, on dénombre plus de 41.000 galaxies de toutes tailles. Le bestiaire tout entier y figure (séquence de Hubble), des galaxies elliptiques, des spirales comme la nôtre, la Voie Lactée et des myriades de galaxies naines. A plus grande échelle, on retrouve les amas et superamas galactiques dans leurs danses cosmologiques. En reculant davantage, on reconnait les structures en filaments tissant la grande toile cosmique bordée (ou bordant) de grandes poches de vides. « Illustris est comme une machine à remonter le temps » souligne Shy Genel qui a participé à cette grande aventure qui réunit plusieurs centres de recherches et instituions comme l’Institut Heidelberg. « On peut aller dans le futur ou le passé. On peut faire une pause et agrandir une galaxie en particulier ou un amas de galaxies pour voir ce qui s’y passe. »

Au fil de la simulation, il apparait que la distribution des acteurs dans l’espace-temps corrobore les observations menées dans différentes longueurs d’onde ces dernières années. Bien que toutes les prédictions ne calquent pas avec le réel constaté, « Illustris » représente un superbe outil, perfectible bien sûr, pour appréhender le cosmos.

Pour vous égarer dans une parcelle d’Univers simulée, vous pouvez vous rendre dans la matrice « The Explorer ».