Pour la première fois, des scientifiques ont construit des simulations qui imitent directement le cycle de vie complet de certaines des plus grandes collections de galaxies découvertes il y a 11 milliards d’années dans l’univers lointain. Les simulations cosmologiques sont essentielles pour comprendre comment l’univers est devenu ce qu’il est aujourd’hui, mais beaucoup d’entre elles ne correspondent pas à ce que les astronomes voient dans les télescopes. La plupart sont simplement construites statistiquement pour ressembler au monde réel. Les simulations cosmologiques sous contrainte, quant à elles, visent à reproduire les structures que nous voyons dans le cosmos. Cependant, la plupart des simulations de ce type n’ont été utilisées que pour observer notre univers local, jamais pour des observations lointaines.
Les chercheurs se sont intéressés aux proto-amas de galaxies massives, qui sont les prédécesseurs des amas de galaxies actuels avant qu’ils ne puissent se rassembler sous l’effet de leur propre gravité. Ils ont découvert que les études récentes des protoclusters lointains étaient trop simplifiées, ce qui implique qu’elles étaient réalisées à l’aide de modèles simples plutôt que de simulations. Metin Ata, le premier auteur et chercheur à l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers, a déclaré qu’ils voulaient étudier comment les structures commençaient et se terminaient dans une simulation complète de l’univers lointain authentique.
COSTCO ou “COnstrained Simulations of The COsmos Field” est le résultat de leurs recherches. Khee-Gan Lee, professeur adjoint du projet, a comparé la conception de la simulation à la construction d’une machine à remonter le temps. Les galaxies que les télescopes détectent aujourd’hui représentent un aperçu du passé, car la lumière de l’univers lointain n’atteint la Terre que maintenant… “C’est comme si vous trouviez une vieille photo en noir et blanc de votre grand-père et que vous créiez une vidéo de sa vie”, a-t-il déclaré.
Ainsi, les chercheurs ont étudié comment les amas de galaxies émergent en prenant des photos de jeunes galaxies grand-parentales dans l’univers, puis en faisant une avance rapide sur leur âge. La lumière des galaxies utilisées par les chercheurs a parcouru 11 milliards d’années-lumière pour atteindre la Terre.
La prise en compte de l’environnement à grande échelle a été la partie la plus difficile. Comme les chercheurs disposaient d’une simulation complète, ils ont pu prendre constamment en compte l’environnement à grande échelle, et c’est pourquoi, selon eux, leurs prévisions étaient plus stables.
Une autre raison pour laquelle les chercheurs ont effectué ces simulations était de mettre à l’épreuve le modèle cosmologique classique, qui est utilisé pour décrire la physique de l’univers. Les chercheurs pourraient découvrir des différences jusqu’alors inaperçues dans notre compréhension actuelle du cosmos en prévoyant la masse finale et la distribution des objets dans un endroit donné.
Les chercheurs ont été en mesure de trouver des preuves de l’existence de trois amas protocolaires de galaxies précédemment décrits et de défavoriser une structure à l’aide de leurs modèles. En outre, ils ont pu découvrir cinq structures supplémentaires qui sont apparues régulièrement dans leurs simulations. Parmi celles-ci figure le proto-superamas Hyperion, le plus grand et le plus ancien des proto-superamas connus, qui a une masse 5 000 fois supérieure à celle de la Voie lactée et qui s’effondrera en un énorme filament de 300 millions d’années-lumière, selon les chercheurs.
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