DEUS, ou le grand calcul de l'évolution des galaxies

 

Le projet Dark Energy Universe Simulation (DEUS) Full Universe, a pour but d’effectuer des simulations de la formation des grandes structures galactiques dans tout l’univers observable, depuis la naissance des galaxies jusqu’à nos jours. Le CNRS a mis en ligne une vidéo sur ce projet, dont l’un des objectifs est de comprendre la nature de l’énergie noire.

Laurent Sacco, Futura-Sciences

Une vue de l'univers observable à un moment de son histoire dans la simulation DEUS, qui décrit pour la première fois au monde la totalité de l'univers observable depuis le Big Bang jusqu'à aujourd'hui. Les points sont des amas de galaxies contenant de la matière noire, dont la croissance est en partie contrôlée par l'énergie noire. Les calculs sont ici faits dans le cadre du modèle cosmologique standard, avec une vraie constante cosmologique qui ne varie pas dans le temps. © DEUS consortium, 2013 Share on print   Share on email    

On est encore loin de savoir ce qui s’est produit lorsque l’univers observable était si dense et si chaud qu’il fallait avoir recours à une théorie de la gravitation quantique pour vraiment comprendre sa naissance. Cette théorie est encore en chantier, que ce soit sous la forme de la théorie des supercordes ou de la gravitation quantique à boucles.

Le problème pourrait être si complexe et de nature si foncièrement quantique que des tentatives pour résoudre les équations de la gravitation quantique par des moyens analytiques ounumériques sur ordinateurs classiques soient vouées à l’échec. Peut-être faudra-t-il avoir recours à des ordinateurs ou des calculateurs quantiques pour simuler la naissance de l’espace-temps et de son contenu. Malheureusement, malgré de grands espoirs, ces calculateurs quantiques risquent de ne pas pouvoir dépasser le stade embryonnaire, n’en déplaise à Google et à la Nasa qui ont récemment acheté un tel calculateur, D-Wave Two.

Pour la première fois au monde, des chercheurs à l'observatoire de Meudon ont calculé la façon dont la matière a évolué dans la totalité de l'univers observable depuis le Big Bang jusqu'à aujourd'hui. C'est le projet DEUS (Dark Energy Universe Simulation) Full Universe. Cette vidéo permet de faire connaissance avec les acteurs de cette grande aventure. © CNRS Images

Heureusement, les supercalculateurs modernes comme le Curie de Genci (Grand équipement national de calcul intensif) exploité au Très grand centre de calcul (TGGC) du CEA permettent tout de même d’espérer comprendre ce qui s’est passé dans l’univers observable bien après le temps de Planck, en particulier après l’émission du rayonnement fossile observé par Planck.

Filaments de matière noire avec de grands vides

Nous sommes raisonnablement sûrs qu’après la fameuse recombinaison, l’essentiel de la dynamique de l’univers à des échelles supérieures aux galaxies est dominé par un mélange de matière noire et d’énergie noire. Cette énergie noire devient de plus en plus présente au cours du temps, et c’est elle qui a fait entrer en expansion accélérée le cosmos observable voilà quelques milliards d’années, comme l’ont découvert des astrophysiciens comme Saul Perlmutter. Mais nous ne comprenons toujours pas sa nature, et différentes théories s’affrontent à son sujet.

L'aspect local de l'univers observable calculé par DEUS dans le cadre du modèle cosmologique standard. On voit qu'après des milliards d'années d'évolution, les amas de galaxies se sont regroupés avec la matière noire en formant des filaments. © DEUS consortium, 2013

De nouveaux instruments d’observation sont nécessaires pour tenter de faire la lumière sur l’énergie noire. Ils sont en chantier : il s’agit notamment du LSST et d’Euclid. Mais il convient aussi de pouvoir comparer les observations concernant la structure de l’univers aux grandes échelles, avec ses amas de galaxies et ses filaments regroupant ses amas, aux prédictions des modèles cosmologiques. Pour cela, on effectue des simulations numériques. L’une des dernières en date est la simulation DEUS, évoquée plus longuement dans un précédent article.

À l’Observatoire de Paris, sur le site de Meudon, Jean-Michel Alimi et son équipe de six chercheurs continuent à faire des simulations avec DEUS. Ils en ont ainsi fait avec trois modèles différents d’énergie noire. Chacun structure l’univers de façon caractéristique, et l’on peut donc espérer ainsi départager ces modèles. La vidéo mise en ligne par le CNRS voilà quelques mois permet de mieux faire connaissance avec le travail des chercheurs.