Simuler la structure de l'Univers...
par Jean-Pierre Chièze et Romain Teyssier
Simuler la structure de l'Univers...

Figure 1 : champ de densité à grande échelle d'un modèle d'univers simulé sur un ordinateur Cray C90.187 Ko

Comment se forment les galaxies ? Quelle est leur répartition dans l'espace, leur nombre, leur masse ? Pourquoi se regroupent-elles en amas ou en filaments ? Voilà les questions auxquelles la cosmologie essaye aujourd'hui d'apporter des réponses. Les processus physiques à l'oeuvre dans ce grand ordonnancement cosmique sont effroyablement compliqués, et nécessitent l'utilisation de gigantesques simulations numériques sur des ordinateurs toujours plus puissants.Ces simulations numériques sont l'outil complémentaire aux approches  théorique et expérimentale, et permettent aux astrophysiciens de tester leur différents modèles dans toute leur complexité et leur richesse.

En cosmologie, le premier ingrédient est la gravitation. Cette force à longue portée détermine la structure de l'univers dans sa globalité. Elle fixe l'évolution dynamique de l'ensemble, les grandes structures (filaments, murs...) influençant les plus petites (amas, galaxies...).

Au cours de la formation d'une galaxie, le gaz primordial se concentre sous l'action de sa propre gravité et tombe en chute libre dans son puits de potentiel primordial. Entrent en jeu des processus hydrodynamiques (les ondes de choc) qui chauffent violemment le gaz jusqu'à des températures de plusieurs millions de degrés.

 

Au sein de ce gaz chaud et dilué apparaissent de petites condensations qui se refroidissent par l'intermédiaire du rayonnement des atomes. Ce processus de refroidissement, hautement instable, provoque la fragmentation du gaz primordial, et conduit finalement à la formation des étoiles et des galaxies que nous observons aujourd'hui.

Au sein du Service d'Astrophysique, notre équipe contribue à ces diverses études numériques, effectuées grâce aux puissants moyens de calcul du CEA. Les travaux présentés ici ont été réalisés en collaboration avec Jean-Michel Alimi, Edouard Audit et Arturo Serna de l'Observatoire de Meudon.

 

voir aussi : le site du projet Horizon

 

Maj : 13/12/2008 (987)

 

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