Cette « machine temporelle » remonte dans le passé des galaxies

C’est la toute première simulation qui retrace le cycle de vie d’un protocluster galactique, des ancêtres des galaxies actuelles situés à 11 milliards d’années-lumière de nous.

Comment étudier les toutes premières galaxies de l’Univers et leur évolution ? L’observation, d’abord. Grâce au temps que met la lumière pour voyager, en regardant l’Univers lointain, on remonte le temps. On peut y combiner des modèles, produits à partir de ces données. Mais les simulations informatiques jouent aussi un rôle déterminant. Des travaux publiés le 2 juin 2022, dans Nature Astronomy, sont issus de la toute première simulation recréant non seulement des protoclusters galactiques, mais aussi tout leur cycle de vie.

On parle de « protoclusters », car ce sont les ancêtres des clusters (amas) de galaxies (proto signifie antérieur). Pour comprendre comment nos galaxies actuelles existent, il est nécessaire de retracer leur évolution complète. « Nous voulions essayer de développer une simulation complète de l’univers lointain réel pour voir comment les structures ont commencé et comment elles ont fini », précise l’auteur principal, Metin Ata, dans un commentaire de l’étude.

Ces galaxies sont à 11 milliards d’années-lumière

Développer ce type de simulations est, selon les auteurs, assez proche de construire une « machine temporelle » : et pour cause, le cluster galactique simulé est éloigné de nous par 11 milliards d’années-lumière. Une simulation n’est toutefois pas une photographie de la réalité. Mais Metin Ata donne une illustration : « C’est comme trouver une vieille photo en noir et blanc de votre grand-père, et créer à partir de là une vidéo de sa vie. »

En haut, cette section de l'univers observée par un biais de 11 milliards d'années-lumière. En bas, cette section de l'univers telle qu'elle devrait être maintenant. // Source : Ata et al. — En haut, cette section de l’Univers observée par un biais de 11 milliards d’années-lumière. En bas, cette section de l’Univers telle qu’elle devrait être maintenant. // Source : Ata et al.

Pour générer une simulation informatique de ce type, on commence par emmagasiner l’intégralité des données — chiffres, coordonnées, images — disponibles sur le point de départ, dans le passé du cosmos. Puis, à partir de là, l’extrapolation algorithmique peut avoir lieu. En l’occurrence, pour reprendre l’image de Metin Ata, la simulation démarre avec une simple image d’un ancêtre des clusters actuels de galaxie, puis elle produit son évolution jusqu’aux galaxies actuelles.

Lorsque la simulation démarre, la modélisation correspond à 20 % de l’âge actuel de l’Univers. Lorsque la simulation se termine, elle est à 100 %, ce qui permet d’anticiper à quoi peut ressembler cette région du cosmos en ce moment malgré les 11 milliards d’années-lumière qui nous séparent.

La simulation prend en considération l’entièreté de l’environnement du cluster simulé, ce qui représente un écosystème cosmique d’une ampleur immense, et ce qui garantit également une bonne fidélité du résultat. Une façon très puissante pour mettre à l’épreuve notre modèle cosmologique de l’Univers et ce que l’on sait de la formation des galaxies.

Pour voir en détail à quoi ressemble la simulation, une vidéo a été publiée :