La simulation FLAMINGO, fruit d’une collaboration internationale, offre une vision détaillée de l’évolution cosmique depuis le Big Bang. En intégrant des éléments tels que les neutrinos, elle se distingue des études précédentes qui n’incluaient que la matière noire en plus de la matière ordinaire. Certains phénomènes observés durant la simulation pourraient suggérer la nécessité d’une nouvelle physique.
Dans un contexte où la compréhension de l’Univers et de son évolution reste un défi majeur pour la science, le projet FLAMINGO marque une étape importante. Cette initiative internationale a abouti à la création de la simulation cosmologique la plus vaste et la plus complète à ce jour.
En retraçant l’évolution de l’univers depuis le Big Bang jusqu’à l’époque actuelle, FLAMINGO offre une perspective inédite sur la formation et la distribution des galaxies, de la matière noire et des neutrinos. Ce projet, alliant puissance informatique et avancées en physique théorique, vise à résoudre certaines des énigmes les plus persistantes de la cosmologie moderne.
Le projet FLAMINGO
Sous la direction de Joop Schaye, chercheur à l’Observatoire de Leiden aux Pays-Bas, l’ambitieux projet FLAMINGO a été lancé avec pour objectif de simuler l’évolution dynamique de l’Univers. Cette simulation s’étend sur un volume colossal, équivalent à un cube dont chaque côté fait 9,1 milliards d’années-lumière.
À l’intérieur de cet espace virtuel, les chercheurs ont analysé le mouvement et l’interaction gravitationnelle globales de 300 milliards de particules. Chacune de ces particules, dans le cadre de la simulation, possède une masse similaire à celle d’une galaxie naine typique, offrant ainsi une représentation détaillée de la manière dont ces entités pourraient se regrouper et interagir dans l’univers réel.
Trois articles ont été publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : un décrivant les méthodes, un autre présentant les simulations et le troisième examinant dans quelle mesure les simulations reproduisent la structure à grande échelle de l’Univers.
En intégrant à la fois la matière ordinaire, la matière noire et les neutrinos, cette simulation a démontré une capacité accrue à générer des prédictions précises. FLAMINGO se positionne également comme un outil essentiel pour l’avenir de l’astronomie observationnelle.
Avec l’arrivée de télescopes de nouvelle génération, tels que le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne, les données recueillies sont d’une richesse sans précédent. FLAMINGO, grâce à son approche intégrée, sera indispensable pour interpréter ces données, permettant ainsi aux chercheurs de confronter leurs observations à des modèles théoriques robustes et précis.
Les défis non résolus de la cosmologie moderne
Pourquoi une telle simulation ? Il faut savoir que la cosmologie, malgré ses avancées, est confrontée à des défis majeurs. Parmi eux, la tension liée au taux d’expansion actuel de l’univers. En effet, la cosmologie moderne s’appuie sur une théorie selon laquelle l’univers est caractérisé par des nombres spécifiques, connus sous le nom de « paramètres cosmologiques ». Dans sa forme la plus élémentaire, six de ces paramètres définissent les propriétés fondamentales de notre univers. Ces paramètres peuvent être mesurés avec une grande précision avec diverses méthodes.
L’une des techniques les plus courantes se base sur le fond diffus cosmologique (CMB), un bruit résiduel émanant de l’univers naissant. Néanmoins, une discordance est apparue entre les valeurs obtenues par cette méthode et celles dérivées d’autres techniques, telles que l’observation de la manière dont la lumière est courbée par la gravité des galaxies, un phénomène appelé lentille gravitationnelle. Ces incohérences, souvent qualifiées de « tensions », pourraient remettre en question la validité du modèle standard actuel de la cosmologie. Les outils comme FLAMINGO jouent donc un rôle crucial pour démêler ces énigmes.
La technologie au service de la cosmologie
La réalisation de la simulation FLAMINGO a nécessité des ressources technologiques exceptionnelles. L’équipe a fait appel au DiRAC-COSMA8, l’un des supercalculateurs les plus performants au monde, hébergé à l’Université de Durham. Avec plus de 50 millions d’heures de calcul mobilisées sur 30 000 processeurs, l’ampleur de cette entreprise est à la hauteur de sa complexité.
Mais FLAMINGO ne s’est pas contenté de suivre les traces de ses prédécesseurs. En effet, alors que la plupart des simulations antérieures se concentraient sur la matière noire, cette nouvelle approche a élargi le spectre en incluant les neutrinos. Guadalupe Cañas Herrera, experte en cosmologie à l’ESA, a mis en avant la pertinence de cette démarche holistique dans un communiqué. Elle est essentielle pour appréhender avec précision la distribution de la matière à des échelles plus réduites.
En outre, la grande quantité de données (virtuelles) crée des opportunités pour de nouvelles découvertes théoriques et permet de tester de nouvelles techniques d’analyse de données, notamment l’apprentissage automatique.
En explorant la manière dont la matière se déplace et s’agglomère dans l’univers, influencée par les forces gravitationnelles et d’autres phénomènes, l’équipe a cherché à déterminer la raison des incohérences de nos modèles. Toutefois, bien que les effets de la matière baryonique (ordinaire) influencent la structure cosmique à grande échelle, ils ne semblent pas suffisants pour apaiser cette tension. Les résultats de FLAMINGO suggèrent donc que nous pourrions avoir besoin d’une nouvelle physique.
VIDÉO : évolution de l’amas de galaxies le plus massif dans la simulation haute résolution. © Yannick Bahé, équipe FLAMINGO et Consortium Virgo.
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