Les astronomes peuvent utiliser des superordinateurs pour simuler la formation des galaxies depuis le Big Bang il y a 13,8 milliards d’années jusqu’à nos jours. Mais il existe plusieurs sources d’erreur. Une équipe de recherche internationale, dirigée par des chercheurs de Lund, a consacré cent millions d'heures d'ordinateur sur huit ans à tenter de corriger ces erreurs.

La dernière décennie a été marquée par des progrès majeurs dans les simulations informatiques permettant de calculer de manière réaliste la formation des galaxies. Ces simulations cosmologiques sont cruciales pour notre compréhension de l’origine des galaxies, des étoiles et des planètes. Cependant, les prédictions de ces modèles sont affectées par les limitations de la résolution des simulations, ainsi que par des hypothèses sur un certain nombre de facteurs, tels que la façon dont les étoiles vivent et meurent et l'évolution du milieu interstellaire.

Pour minimiser les sources d'erreur et produire des simulations plus précises, 160 chercheurs de 60 établissements d'enseignement supérieur, dirigés par Santi Roca-Fàbrega de l'Université de Lund, Ji-hoon Kim de l'Université nationale de Séoul et Joel R. Primack de l'Université de Californie, ont ont collaboré et présentent maintenant les résultats de la plus grande comparaison de simulations jamais réalisée.

"Pour progresser vers une théorie de la formation des galaxies, il est crucial de comparer les résultats et les codes de différentes simulations. Nous y sommes parvenus en réunissant des groupes de codes concurrents derrière les meilleurs simulateurs de galaxies au monde dans une sorte de supercomparaison", explique Santi Roca. -Fàbrega, chercheur en astrophysique.

Trois articles issus de cette collaboration, connus sous le nom de simulations CosmoRun, ont été acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal.; tous sont disponibles sur arXiv serveur de préimpression. Dans ceux-ci, les chercheurs ont analysé la formation d’une galaxie de même masse que la Voie lactée. La simulation est basée sur les mêmes hypothèses astrophysiques concernant le rayonnement ultraviolet de fond produit par les premières étoiles de l'univers, le refroidissement et le chauffage des gaz et le processus de formation des étoiles.

Les nouveaux résultats permettent aux chercheurs de conclure que les galaxies à disques comme la Voie lactée se sont formées très tôt dans l'histoire de l'univers, conformément aux observations du télescope James Webb. Ils ont également trouvé un moyen de rendre le nombre de galaxies satellites (des galaxies en orbite autour de galaxies plus grandes) cohérent avec les observations, résolvant finalement un problème bien connu dans la communauté et connu sous le nom de « problème des satellites manquants ».

De plus, l'équipe a révélé comment le gaz entourant les galaxies est la clé de simulations réalistes, plutôt que le nombre et la répartition des étoiles, qui étaient auparavant la norme.

"Le travail a duré huit ans et a nécessité l'exécution de centaines de simulations et l'utilisation de cent millions d'heures de calcul intensif", explique Santi Roca-Fàbrega.

Le voyage se poursuit désormais pour affiner davantage les simulations de la formation des galaxies. Avec chaque réalisation technologique, Santi Roca-Fàbrega et ses collègues espèrent ajouter de nouvelles pièces au puzzle vertigineux de la naissance et de l'évolution de l'univers et des galaxies.

"C'est le début de simulations plus fiables de la formation des galaxies, qui à leur tour nous aideront à mieux comprendre notre galaxie natale, la Voie Lactée", déclare Santi Roca-Fàbrega.

Plus d'informations : Santi Roca-Fàbrega et al, Projet de comparaison des simulations de galaxies haute résolution AGORA IV :assemblage de masse de halo et de galaxies dans une simulation cosmologique avec zoom avant à z ≤ 2, arXiv (2024). DOI :10.48550/arxiv.2402.06202

Minyong Jung et al, Projet de comparaison de simulations de galaxies haute résolution AGORA. V :Populations de galaxies satellites dans une simulation cosmologique avec zoom d'un halo de masse de la Voie lactée, arXiv (2024). DOI :10.48550/arxiv.2402.05392

Clayton Strawn et al, Projet de comparaison de simulations de galaxies haute résolution AGORA. VI. Similitudes et différences dans le milieu circumgalactique, The Astrophysical Journal (2024). DOI :10.3847/1538-4357/ad12cb. Sur arXiv :DOI :10.48550/arxiv.2402.05246

Informations sur le journal : Journal d'astrophysique , arXiv

Fourni par l'Université de Lund