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 en Astronomie naturelle.
Les simulations cosmologiques sont cruciales pour déterminer comment l’univers a pris la forme qu’il est aujourd’hui, mais beaucoup ne correspondent généralement pas à ce que les astronomes observent à travers les télescopes. La plupart sont conçus pour correspondre à l’univers réel uniquement dans un sens statistique. Les simulations cosmologiques contraintes, quant à elles, sont conçues pour reproduire directement les structures que nous observons réellement. 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 le Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe Project Researcher et premier auteur Metin Ata et le professeur adjoint du projet Khee-Gan Lee, s’est intéressée aux structures distantes telles que les protoamas de galaxies massives, qui sont les ancêtres de l’actuel. amas de galaxies avant qu’ils ne puissent s’agglutiner sous leur propre gravité. Ils ont découvert que les études actuelles sur les protoclusters distants étaient parfois trop simplifiées, ce qui signifie qu’elles étaient réalisées avec des modèles simples et non des simulations.
« Nous voulions essayer de développer une simulation complète de l’univers lointain réel pour voir comment les structures ont commencé et comment elles se sont terminées », a déclaré Ata.
Leur résultat était COSTCO (COnstrained Simulations of The COsmos Field).
Lee a déclaré que développer la simulation ressemblait beaucoup à la construction d’une machine à voyager dans le temps. Parce que la lumière de l’univers lointain n’atteint la Terre que maintenant, les galaxies que les télescopes observent aujourd’hui sont un instantané du passé.
« C’est comme trouver une vieille photo en noir et blanc de votre grand-père et créer une vidéo de sa vie », a-t-il déclaré.
En ce sens, les chercheurs ont pris des instantanés de « jeunes » galaxies grand-parentales dans l’univers, puis ont avancé rapidement leur âge pour étudier comment les amas de galaxies se formeraient.
La lumière des galaxies utilisées par les chercheurs a parcouru une distance de 11 milliards d’années-lumière pour nous atteindre.
Le plus difficile était de prendre en compte l’environnement à grande échelle.
« C’est quelque chose de très important pour le sort de ces structures qu’elles soient isolées ou associées à une structure plus importante. Si vous ne tenez pas compte de l’environnement, vous obtenez des réponses complètement différentes. Nous avons pu prendre la grande à l’échelle de l’environnement en compte de manière cohérente, car nous avons une simulation complète, et c’est pourquoi notre prédiction est plus stable », a déclaré Ata.
Une autre raison importante pour laquelle les chercheurs ont créé ces simulations était de tester le modèle standard de 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 écarts jusque-là non détectés dans notre compréhension actuelle de l’univers.
À l’aide de leurs simulations, les chercheurs ont pu trouver des preuves de trois protoamas de galaxies déjà publiés et défavoriser une structure. En plus de cela, ils ont pu identifier cinq autres structures qui se sont régulièrement formées dans leurs simulations. Cela inclut le proto-superamas Hyperion, le plus grand et le plus ancien proto-superamas connu aujourd’hui, qui représente 5 000 fois la masse de notre galaxie de la Voie lactée, dont les chercheurs ont découvert qu’il s’effondrerait en un grand filament de 300 millions d’années-lumière.
Leurs travaux sont déjà appliqués à d’autres projets, notamment ceux qui étudient l’environnement cosmologique des galaxies et les raies d’absorption des quasars lointains pour n’en nommer que quelques-uns.
Les détails de leur étude ont été publiés dans Astronomie naturelle le 2 juin.
Metin Ata et al, Destin futur prédit des protoamas de galaxies COSMOS sur 11 Gyr avec des simulations contraintes, Astronomie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41550-022-01693-0