Pour la première fois, une équipe a réussi à modéliser la vie d'une galaxie spirale, similaire à notre Voie Lactée, de sa naissance à aujourd'hui.
Comment naissent les galaxies, ces majestueuses formations dans lesquelles se forment des milliards d'étoiles ? Cette question, apparemment banale, était jusqu'à présent restée sans réponse. Le scénario global se dessine depuis plusieurs années mais toutes les tentatives pour modéliser numériquement le précieux savoir accumulé avaient échoué. Une équipe composée de chercheurs suisses de l'Institut de physique théorique et de l'Institut d'astronomie de Zürich, ainsi que d'astrophysiciens de l'Université de Californie vient de réaliser cette prouesse pour la première fois.
Ci-dessous, la formation d'une galaxie spirale vue de dessus puis de profil, depuis l'après Big Bang (environ 100 millions d'années après l'explosion originelle), jusqu'à aujourd'hui, 13 milliards et demi d'années plus tard.
Les paramètres de départ utilisés pour cette modélisation sont issus de l'observation.L'écho du Big Bang peut en effet être décelé dans le ciel par les spécialistes. Il donne des renseignements indispensables (densité, température, composition, etc) sur le nuage de gaz qui a suivi la gigantesque explosion. Les chercheurs choisissent alors un petit carré de ciel et rentrent les valeurs correspondantes de l'écho dans leurs équations. La zone contient potentiellement des milliards de galaxies. «Pour éviter de trop longs calculs, l'équipe a rapidement zoomé sur l'un des grumeaux de matière dans lesquels peuvent se former des galaxies», explique au figaro.fr Romain Teyssier, professeur à l'université de Zürich et chercheur au Centre d'études atomiques et aux énergies alternatives (CEA) spécialisé dans la modélisation numérique des galaxies.
Des milliers d'heures de calcul
Au sein de ce halo de matière noire - un composé qui n'est sensible qu'aux forces de gravité - la matière classique, du gaz (en gris verdâtre dans la vidéo), continue à se comprimer et vient s'enrouler en formant des bras autour du noyau galactique (probablement un trou noir). « C'est la première fois qu'une équipe réussit à recréer, depuis le nuage primitif, une galaxie réaliste. Son comportement et son aspect rappellent étrangement notre Voie Lactée », s'enthousiasme Romain Teyssier. «Les équations de physique n'ont pas changé. La clé a été de recréer plus finement les conditions de départ afin de mieux prendre en compte les hétérogénéités du milieu originel.»
Il aura ensuite fallu multiplier les heures de calculs pour permettre à la modélisation ERIS d'aboutir à son résultat. A titre d'exemple, un simple ordinateur portable actuel aurait mis 171 ans pour parvenir à ce résultat. En utilisant des supercalculateurs suisse et américain, il aura fallu «seulement» neuf mois pour répéter plusieurs fois le même calcul de bout en bout.
Restent un ou deux problèmes à corriger. «Les hypothèses faites pour cette simulation ne sont pas assez fines pour permettre à des étoiles de se former entre les bras de matière d'une galaxie spirale. Or dans la réalité, ce cas de figure existe même s'il est peut courant», note Romain Teyssier. Autre limitation, le halo de formation est bien plus petit dans la modélisation que ne le prévoyaient certains théoriciens. Ce qui peut aussi bien vouloir dire que la modélisation est encore trop grossière ou que les prévisions des théoriciens sont erronées.
Merci à Tristan Vey du Figaro pour ce reportage