Des scientifiques créent des simulations de type “machine à remonter le temps” pour étudier le cycle de vie des cités galactiques ancestrales.
De nombreux processus en astrophysique prennent beaucoup de temps, ce qui rend leur évolution délicate à étudier. Par exemple, une étoile comme notre soleil a une durée de vie d’environ 10 milliards d’années et les galaxies évoluent au cours de milliards d’années.
L’une des façons dont les astrophysiciens gèrent ce problème est d’examiner différents objets pour les comparer à différents stades d’évolution. Ils peuvent également observer des objets éloignés pour remonter dans le temps, en raison du temps que la lumière a mis à voyager pour atteindre nos télescopes. Par exemple, si nous observons un objet situé à 10 milliards d’années-lumière, nous le voyons tel qu’il était il y a 10 milliards d’années.
Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont créé des simulations qui recréent directement le cycle de vie complet de certaines des plus grandes collections de galaxies observées dans l’univers lointain il y a 11 milliards d’années, rapporte une nouvelle étude publiée le 2 juin 2022 dans la revue Nature Astronomy .
Les simulations cosmologiques sont cruciales pour étudier comment l’univers est devenu la forme qu’il a aujourd’hui, mais beaucoup ne correspondent généralement pas à ce que les astronomes observent à travers les télescopes. La plupart sont conçues pour ne correspondre à l’univers réel que dans un sens statistique. Les simulations cosmologiques sous contrainte, en revanche, sont conçues pour reproduire directement les structures que nous observons réellement dans l’univers. Cependant, la plupart des simulations existantes de ce type ont été appliquées à notre univers local, c’est-à-dire proche de la Terre, mais jamais pour des observations de l’univers lointain.
Une équipe de chercheurs, dirigée par Metin Ata, chercheur et premier auteur du projet de l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers, et Khee-Gan Lee, professeur assistant du projet, s’est intéressée aux structures lointaines telles que les protoclusters de galaxies massives, ancêtres des amas de galaxies actuels avant qu’ils ne puissent se regrouper sous l’effet de leur propre gravité. Ils ont constaté que les études actuelles sur les protoclusters lointains étaient parfois trop simplifiées, c’est-à-dire qu’elles étaient réalisées à l’aide de modèles simples et non de simulations.
Les captures d’écran de la simulation montrent (en haut) la distribution de la matière correspondant à la distribution observée des galaxies à un temps de parcours de la lumière de 11 milliards d’années (lorsque l’Univers n’avait que 2,76 milliards d’années, soit 20 % de son âge actuel), et (en bas) la distribution de la matière dans la même région après 11 milliards d’années-lumière ou correspondant à notre époque actuelle. Crédit : Ata et al
“Nous voulions essayer de développer une simulation complète de l’univers lointain réel pour voir comment les structures ont commencé et comment elles ont fini,”dit Ata.
Leur résultat est COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field).
Selon Lee, le développement de la simulation s’apparente à la construction d’une machine à remonter le temps. Comme la lumière de l’univers lointain n’atteint la Terre que maintenant, les galaxies observées aujourd’hui par les télescopes sont un instantané du passé.
“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.
En ce sens, les chercheurs ont pris des instantanés de jeunes galaxies de leur grand-père dans l’univers, puis ont avancé leur âge pour étudier la formation des amas de galaxies.
La lumière des galaxies utilisées par les chercheurs a parcouru une distance de 11 milliards d’années-lumière pour nous parvenir.
Le plus difficile était de prendre en compte l’environnement à grande échelle.
“C’est quelque chose de très important pour le destin de ces structures, qu’elles soient isolées ou associées à une structure plus grande. Si vous ne tenez pas compte de l’environnement, vous obtenez des réponses complètement différentes. Nous avons pu prendre en compte l’environnement à grande échelle de manière cohérente, parce que nous avons une simulation complète, et c’est pourquoi notre prédiction est plus stable, a déclaré Ata.
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Une autre raison importante pour laquelle les chercheurs ont créé ces simulations était de tester le modèle standard de la cosmologie, qui est utilisé pour décrire la physique de l’univers. En prédisant la masse finale et la distribution finale des structures dans un espace donné, les chercheurs pourraient dévoiler des divergences jusqu’alors non détectées dans notre compréhension actuelle de l’univers.univers.
Grâce à leurs simulations, les chercheurs ont pu trouver des preuves de la présence de trois protoclusters de galaxies déjà publiés et rejeter une structure. En plus de cela, ils ont pu identifier cinq autres structures qui se sont formées de manière constante dans leurs simulations. Parmi elles, le proto-superamas Hyperion, le plus grand et le plus ancien proto-superamas connu à ce jour, dont la masse est 5 000 fois supérieure à celle de notre galaxie <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
” data-gt-translate-attributes=”{” attribute=””> Voie lactée qui, selon les chercheurs, s’effondrera en un grand filament de 300 millions d’années-lumière.
Leur travail est déjà appliqué à d’autres projets, notamment ceux visant à étudier l’environnement cosmologique des galaxies et les lignes d’absorption des quasars lointains.
Les détails de leur étude ont été publiés dans Nature Astronomy le 2 juin.
Référence : “Predicted future fate of COSMOS galaxy protoclusters over 11 Gyr with constrained simulations&rdquo ; by Metin Ata, Khee-Gan Lee, Claudio Dalla Vecchia, Francisco-Shu Kitaura, Olga Cucciati, Brian C. Lemaux, Daichi Kashino et Thomas Müller, 2 juin 2022, Nature Astronomy .
DOI : 10.1038/s41550-022-01693-0
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