Des astronomes révèlent des simulations de l’univers primitif

Les astronomes ont révélé des simulations remarquables de l’univers primitif se remplissant de lumière comme des “lucioles cosmiques scintillantes” il y a environ 13 milliards d’années.

Créées par des experts du MIT et de Harvard, les simulations montrent le cosmos se transformant d’un lieu d’obscurité totale en un environnement rayonnant et lumineux.

Cette période, connue sous le nom d’époque de réionisation, était un événement qui a marqué la fin de « l’âge sombre » de l’univers, quand il n’y avait pas de galaxies, d’étoiles ou de planètes.

Les nouvelles simulations ont été créées à l’aide de l’un des plus grands supercalculateurs au monde, le SuperMUC-NG, au cours de 30 millions d’heures CPU.

Les mêmes simulations auraient nécessité plus de 3 500 ans pour se terminer sur un ordinateur normal.

Représenté ici est le gaz dans l’univers pendant qu’il passe par le processus de réionisation. La réionisation était essentiellement l’endroit où les atomes d’hydrogène neutres dans l’espace étaient transformés en hydrogène chargé positivement, ou ionisé, permettant à la lumière de se répandre dans tout l’univers.

ÉPOQUE DE RÉIONISATION

L’époque de la réionisation était un événement qui a marqué la fin de l’âge sombre de l’univers.

La réionisation était essentiellement l’endroit où les atomes d’hydrogène neutres dans l’espace étaient transformés en hydrogène chargé positivement, ou ionisé, permettant à la lumière de se répandre dans tout l’univers.

Le MIT explique: «Puis, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, l’univers s’est réveillé, alors que la gravité rassemblait de la matière dans les premières étoiles et galaxies.

“La lumière de ces premières étoiles a transformé le gaz environnant en un plasma chaud et ionisé – une transformation cruciale connue sous le nom de réionisation cosmique qui a propulsé l’univers dans la structure complexe que nous voyons aujourd’hui.”

La vidéo étonnante fait partie d’une vaste suite de simulations décrites dans une série de trois articles acceptés dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les simulations ont été nommées Thesan, d’après la déesse étrusque de l’aube.

«La plupart des astronomes n’ont pas de laboratoires pour mener des expériences», a déclaré Rahul Kannan, astrophysicien au Centre d’astrophysique de Harvard et auteur principal du premier article.

«Les échelles d’espace et de temps sont trop grandes, donc la seule façon dont nous pouvons faire des expériences est sur les ordinateurs.

«Nous sommes capables d’utiliser des équations physiques de base et des modèles théoriques directeurs pour simuler ce qui s’est passé dans l’univers primitif.

«Thesan suit comment la lumière de ces premières galaxies interagit avec le gaz au cours du premier milliard d’années et transforme l’univers de neutre à ionisé. De cette façon, nous suivons automatiquement le processus de réionisation au fur et à mesure qu’il se déroule.

L’univers a commencé il y a environ 13,8 milliards d’années avec le Big Bang – une explosion cosmologique qui a donné naissance à l’univers.

Peu de temps après, l’univers infantile s’est refroidi de façon spectaculaire et est devenu complètement noir, rempli d’un brouillard chaud, dense et obscurcissant de gaz ionisé.

Les simulations de l'équipe semblent presque ressembler à des lucioles scintillant dans l'obscurité.  Lentement, de plus en plus s'accumulent, éclairant l'écran en gros morceaux et en grappes

Les simulations de l’équipe semblent presque ressembler à des lucioles scintillant dans l’obscurité. Lentement, de plus en plus s’accumulent, éclairant l’écran en gros morceaux et en grappes

Les nouvelles simulations ont été créées à l'aide de l'un des plus grands supercalculateurs au monde, le SuperMUC-NG (photo), au cours de 30 millions d'heures CPU

Les nouvelles simulations ont été créées à l’aide de l’un des plus grands supercalculateurs au monde, le SuperMUC-NG (photo), au cours de 30 millions d’heures CPU

Le MIT explique: «Puis, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, l’univers s’est réveillé, alors que la gravité rassemblait de la matière dans les premières étoiles et galaxies.

COMMENT L’ONT-ILS FAIT ?

Aux premiers stades de la réionisation cosmique, l’univers était un espace sombre et homogène. Pour les physiciens, l’évolution cosmique durant ces premiers « âges sombres » est relativement simple à calculer.

Mais plus tard dans son histoire, la gravité commence à rassembler et à écraser la matière, d’abord lentement, mais ensuite si rapidement que les calculs deviennent trop compliqués.

Pour simuler pleinement la réionisation cosmique, l’équipe a cherché à inclure autant d’ingrédients majeurs de l’univers primitif que possible.

Ils ont commencé avec un modèle de formation de galaxies que leurs groupes ont précédemment développé, qui simule avec précision les propriétés et les populations de galaxies en évolution.

Ils ont ensuite développé un nouveau code pour incorporer la façon dont la lumière des galaxies et des étoiles interagit avec et réionise le gaz environnant – un “processus extrêmement complexe”.

Enfin, l’équipe a inclus un modèle préliminaire de poussière cosmique – une autre caractéristique unique à de telles simulations de l’univers primitif. Ce premier modèle vise à décrire comment de minuscules grains de matière influencent la formation des galaxies dans l’univers primitif et clairsemé.

“La lumière de ces premières étoiles a transformé le gaz environnant en un plasma chaud et ionisé – une transformation cruciale connue sous le nom de réionisation cosmique qui a propulsé l’univers dans la structure complexe que nous voyons aujourd’hui.”

Selon l’équipe, qui comprenait également des astronomes de l’Institut Max Planck d’astrophysique en Allemagne, les interactions dans l’univers primitif sont représentées avec plus de détails par rapport à toute simulation précédente.

La séquence vidéo simulée montre cette soi-disant “époque de réionisation”, qui a eu lieu il y a environ 13 milliards d’années.

La réionisation était essentiellement l’endroit où les atomes d’hydrogène neutres dans l’espace étaient transformés en hydrogène chargé positivement, ou ionisé, permettant à la lumière de se répandre dans tout l’univers.

Essentiellement, à l’époque de la réionisation, les lumières se sont allumées dans l’univers.

Mais cette période a été difficile à reconstituer, car elle implique des interactions extrêmement compliquées et chaotiques, notamment celles entre la gravité, le gaz et le rayonnement.

Les simulations de l’équipe révèlent un changement progressif dans l’univers de l’obscurité totale à la lumière.

« C’est un peu comme de l’eau dans des bacs à glaçons ; lorsque vous le mettez au congélateur, cela prend du temps, mais après un certain temps, il commence à geler sur les bords puis s’infiltre lentement », a déclaré Aaron Smith de l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.

“C’était la même situation dans l’univers primitif – c’était un cosmos neutre et sombre qui est devenu brillant et ionisé lorsque la lumière a commencé à émerger des premières galaxies.”

Avec Thesan, les chercheurs peuvent simuler un volume cubique de l’univers s’étendant sur 300 millions d’années-lumière.

Cette image montre l'évolution des propriétés simulées dans l'univers primitif - la matière noire (panneau supérieur) composée d'amas (haloes) reliés par des filaments, et le gaz (deuxième panneau à partir du haut) suit, s'effondrant pour créer des galaxies.  Ceux-ci produisent des photons ionisants qui entraînent la réionisation (troisième panneau), chauffant le gaz dans le processus (panneau inférieur).  Le temps progresse de gauche à droite

Cette image montre l’évolution des propriétés simulées dans l’univers primitif – la matière noire (panneau supérieur) composée d’amas (haloes) reliés par des filaments, et le gaz (deuxième panneau à partir du haut) suit, s’effondrant pour créer des galaxies. Ceux-ci produisent des photons ionisants qui entraînent la réionisation (troisième panneau), chauffant le gaz dans le processus (panneau inférieur). Le temps progresse de gauche à droite

Les simulations ont été créées pour se préparer aux observations du nouveau télescope spatial James Webb (JWST) de 10 milliards de dollars (7,4 milliards de livres sterling) de la NASA.

JWST pourra regarder plus loin dans le temps – environ 13,5 milliards d’années – que ses prédécesseurs comme le télescope spatial Hubble.

Le nouvel observatoire, qui a été lancé le jour de Noël, explorera l’univers dans le spectre infrarouge, lui permettant de regarder à travers les nuages ​​de gaz et de poussière où naissent les étoiles.

“De nombreux télescopes mis en ligne, comme le JWST, sont spécifiquement conçus pour étudier cette époque”, a déclaré Kannan.

«C’est là que nos simulations entrent en jeu; ils vont nous aider à interpréter les observations réelles de cette période et à comprendre ce que nous voyons.’

La NASA a déclaré que son télescope spatial James Webb (représenté ici dans l'espace) captera la lumière des atmosphères des exoplanètes pour lire quels gaz sont présents afin d'identifier potentiellement des signes révélateurs de conditions habitables

La NASA a déclaré que son télescope spatial James Webb (représenté ici dans l’espace) captera la lumière des atmosphères des exoplanètes pour lire quels gaz sont présents afin d’identifier potentiellement des signes révélateurs de conditions habitables

LA THÉORIE DU BIG BANG DÉCRIT LE DÉBUT ET L’ÉVOLUTION DE L’UNIVERS

La théorie du Big Bang est un modèle cosmologique, une théorie utilisée pour décrire le début et l’évolution de notre univers.

Il dit que l’univers était dans un état très chaud et dense avant qu’il ne commence à se dilater il y a 13,7 milliards d’années.

Cette théorie est basée sur des observations fondamentales.

En 1920, Hubble a observé que la distance entre les galaxies augmentait partout dans l’univers.

La théorie du Big Bang est un modèle cosmologique, une théorie utilisée pour décrire le début et l'évolution de notre univers, basée sur des observations - y compris le rayonnement de fond cosmique (photo), qui ressemble à un fossile de rayonnement émis au début de l'univers , quand il faisait chaud et dense

La théorie du Big Bang est un modèle cosmologique, une théorie utilisée pour décrire le début et l’évolution de notre univers, basée sur des observations – y compris le rayonnement de fond cosmique (photo), qui ressemble à un fossile de rayonnement émis au début de l’univers , quand il faisait chaud et dense

Cela signifie que les galaxies devaient être plus proches les unes des autres dans le passé.

En 1964, Wilson et Penzias ont découvert le rayonnement de fond cosmique, qui est comme un fossile de rayonnement émis au début de l’univers, quand il était chaud et dense.

Le rayonnement de fond cosmique est observable partout dans l’univers.

La composition de l’univers – c’est-à-dire le nombre d’atomes de différents éléments – est conforme à la théorie du Big Bang.

Jusqu’à présent, cette théorie est la seule qui puisse expliquer pourquoi nous observons une abondance d’éléments primordiaux dans l’univers.

.

Leave a Comment