Le télescope spatial James Webb (JWST) révolutionne notre compréhension de l’univers primitif. Avec un miroir plus grand que Hubble et la capacité d’observer profondément dans l’infrarouge, JWST nous donne une vue détaillée de cette période de l’univers où les galaxies commençaient tout juste à se former. Les résultats ont été surprenants, amenant certains à affirmer qu’ils réfutent le big bang. Mais le big bang est toujours intact, comme le montre une étude récente.
Le modèle standard du big bang pour la cosmologie est le modèle LCDM, qui est un univers amené à se développer grâce à l’énergie noire (représentée par Lambda dans les équations) et rempli de matière noire froide (CDM). C’est le modèle le plus fortement étayé par des preuves d’observation jusqu’à présent. Mais l’une des choses que LCDM semblait prédire était que les premières galaxies devraient être petites et irrégulières, se construisant par collisions avec les plus grandes galaxies que nous voyons aujourd’hui. Cette prédiction est venue de simulations informatiques de l’univers primitif.
Les données initiales du JWST semblaient contredire cette prédiction. En particulier, deux enquêtes, le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) et le Cosmic Evolution Early Release Science Survey (SEERS) ont trouvé une poignée de galaxies avec des décalages vers le rouge z supérieurs à 10. Ces galaxies sont parmi les galaxies les plus éloignées jamais observées. Ils sont si loin qu’on les voit à une époque où l’univers avait moins de 500 millions d’années. Non seulement ces galaxies sont plus grandes et plus développées que prévu, mais elles ont également un taux élevé de production d’étoiles.
C’est là que les sceptiques du big bang sont intervenus. Ils ont fait valoir que les galaxies sont bien trop développées et bien trop actives pour s’être formées en moins d’un demi-milliard d’années, donc le big bang doit être faux.
Mais plutôt que de réfuter le big bang, ces découvertes montrent les défis de la simulation de l’univers primitif. La clé des simulations cosmologiques est de pouvoir la modéliser dans les moindres détails. Évidemment, nous ne pouvons pas tout simuler, donc les modèles se concentrent sur des échelles particulières, comme une certaine taille initiale des galaxies. Plus votre simulation est détaillée, plus elle peut être précise, mais plus vous aurez besoin de puissance de calcul pour l’exécuter.
Cette étude récente a porté sur des simulations haute résolution appelées Renaissance, qui fonctionnent sur le supercalculateur Blue Waters Sustained Petascale Computing de l’Université de l’Illinois. Les simulations de la Renaissance peuvent modéliser des galaxies dans l’univers primitif allant d’aussi petites que 10 000 masses solaires à des dizaines de millions de masses solaires. C’est l’une des simulations les plus détaillées actuellement disponibles.
L’équipe a examiné six galaxies des relevés JADES et SEERS qui présentaient des décalages vers le rouge z > 10 et des taux de formation d’étoiles bien mesurés. Lorsqu’ils ont comparé ces galaxies à la gamme de galaxies produites dans les simulations de la Renaissance, ils ont constaté qu’il y avait un fort accord. Les observations du JWST soutiennent le modèle du big bang LCDM.
Au fur et à mesure que le JWST continue de collecter des données, il est tenu de trouver plus de surprises d’observation. Et comme le montre cette étude, des simulations plus détaillées seront nécessaires pour tester les observations. Tout comme JWST repousse les limites de l’observation cosmique, les astrophysiciens devront repousser les limites des simulations informatiques pour suivre le rythme.
Référence: McCaffrey, Joe et al. “Pas de tension: Galaxies JWST à z> 10 compatibles avec les simulations cosmologiques.” prépublication arXiv arXiv:2304.13755 (2023).
