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Posté par Michel le Vendredi 13/04/2012 à 00:00
1er modèle de l'Univers observable du Big-Bang jusqu'à aujourd'hui
Une équipe de chercheurs du Laboratoire Univers et Théories (LUTH, Observatoire de Paris/ CNRS/Université Paris Diderot) (1) dirigée par Jean-Michel Alimi vient de réaliser pour la première fois le calcul de la structuration de tout l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre...), du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...) jusqu'à aujourd'hui. La simulation effectuée a permis de suivre 550 milliards de particules. Elle est la première des trois étapes d'un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) exceptionnel, appelé Deus: full universe run (2) réalisé sur le nouveau supercalculateur CURIE de GENCI exploité au Très Grand Centre de Calcul (TGCC) du CEA. La simulation déjà réalisée et celles programmées pour fin mai 2012 constitueront une aide exceptionnelle aux grands projets d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) et de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation...) de notre Univers. Elles permettront de mieux comprendre la nature de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) noire et son influence sur la structuration de l'Univers, l'origine de la distribution de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des...) et des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par...).


Volume de l'Univers accessible avec la simulation, c'est-à-dire tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'Univers Observable et la comparaison avec le domaine d'Univers observé aujourd'hui. Au bord du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) extrait de la sphère céleste (La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayons quelconques et dont le centre est occupé par la Terre. Ce concept astronomique, hérité de l'antiquité, permet de représenter tous les astres...) totale on retrouve l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) du fond cosmologique.
© Deus consortium.

Après des développements de plusieurs années, six chercheurs (3) de l'équipe Cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) du LUTH ont réalisé la première simulation de la structuration de tout notre Univers observable, du Big Bang jusqu'à aujourd'hui. Au-delà du modèle cosmologique standard avec constante cosmologique (La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein en février 1917 à ses équations de la relativité générale (1915), dans le but de rendre sa théorie compatible avec l'idée qu'il avait alors d'un Univers statique. Après la...) qu'ils viennent d'achever, leurs travaux distinguent deux autres modèles cosmologiques avec énergie noire (4), composante mystérieuse introduite pour expliquer l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur...) de l'expansion de l'Univers (5). Quelle est l'empreinte de l'énergie noire sur la structuration de l'Univers ? Et réciproquement, comment déduire de l'étude de la structuration de l'Univers la nature de cette énergie ? Deux questions fondamentales auxquelles le projet Deus: full universe run tentera de répondre.

La simulation du modèle standard de la cosmologie, qui vient d'être réalisée, a déjà permis de mesurer le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe de galaxies, même si la frontière entre groupe et amas n'est pas...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) supérieure à cent mille milliards de masse solaire (En astrophysique, la masse solaire est l'unité de masse conventionnellement utilisée pour les étoiles ou les autres objets massifs. Elle est égale à la masse de notre Soleil....) qui s'élève aujourd'hui à plus de 144 millions. Autres enseignements: le premier amas de ce type est apparu alors que l'Univers n'avait que 2 milliards d'années et l'amas le plus massif (Le mot massif peut être employé comme :) dans l'Univers observable aujourd'hui pèse 15 millions de milliards de masses solaires. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) générées lors du calcul permettent également de mesurer les fluctuations de la distribution de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) noire. Celles-ci résultent des fluctuations du fond de rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une...) cosmologique issues du Big-Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela préjuge de...), observées par les satellites (Satellite peut faire référence à :) WMAP et Planck. Ces observations sont cette fois obtenues dans une simulation qui couvre toute l'histoire de l'Univers, avec une précision jamais atteinte et sur la plus large gamme d'échelles jamais observées, de quelques millionièmes à la taille de l'Univers. Elles dévoilent avec précision les empreintes sur la matière noire des oscillations du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) primordial ("Oscillations Baryoniques Acoustiques"). Ces calculs apparaissent déjà comme une mine prodigieuse de nouveaux résultats intéressant toute la communauté cosmologique.

La mise en œuvre de ce projet exceptionnel a été rendue possible grâce aux puissantes ressources mises à la disposition de ces chercheurs par GENCI (6), le Grand Equipement National de Calcul Intensif, sur son supercalculateur CURIE doté de plus de 92 000 unités de calcul et capable de réaliser 2 millions de milliards d'opérations à la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle plan. La...) (2 PFlop/s). La machine CURIE est installée et exploitée par le CEA au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) du Très Grand Centre de Calcul, à Bruyères-le-Châtel (Essonne). Conçue par Bull (Bull est une société française spécialisée dans l'informatique professionnelle.), c'est l'une des cinq machines les plus puissantes au monde (Le mot monde peut désigner :).

Deus: full universe run constitue une nouvelle avancée qui dépasse largement les calculs les plus performants réalisés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) par toutes les équipes internationales sur les plus grands centres de calcul du monde. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) du projet nécessitera plus de 30 millions d'heures (L'heure est une unité de mesure  :) de calculs (près de 3500 ans) réparties sur la quasi-totalité des unités de calcul CURIE. Plus de 150 péta-octets de données (soit l'équivalent de 30 millions de DVD) seront générés durant ces calculs. Grâce à un processus de sélection avancé et innovant, il sera possible de n'en conserver que 1 Po utile.

Dès à présent, il est possible de parcourir pour la première fois, pour le modèle standard de la cosmologie avec constante cosmologique, la distribution de la matière noire et des galaxies dans tout l'Univers sur des distances équivalent à 90 milliards d'années-lumière (7), et d'observer leurs évolutions tout au long de l'histoire de l'Univers.

Les résultats de ces voyages, dans tout l'Univers observable d'ici et maintenant jusqu'à la limite du Big-Bang pour les trois modèles cosmologiques, sont programmés pour fin mai prochain. Ils permettront de mieux connaître l'influence de l'énergie noire sur la structuration de l'Univers et constitueront une aide exceptionnelle à l'élaboration et l'interprétation des "catalogues" cosmologiques présents et futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) des grands projets d'observation, spécialement ceux portés par les grandes agences spatiales internationales, comme le projet EUCLID (8) qui vient d'être sélectionné par l'ESA, l'agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le...).

Plus obtenir plus de photos: http://bit.ly/AqJHGf

Pour aller plus loin: www.deus-consortium.org


Jean-Michel Alimi et le supercalculateur CURIE de GENCI conçu par Bull.
© CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) Photothèque /Cyril FRESILLON


Supercalculateur CURIE capable d'effectuer jusqu'à 2 millions de milliards d'opérations à la seconde, constitué de plus de 92 000 coeurs de calcul couplés à un système permettant de stocker l'équivalent de 7 600 ans de fichiers MP3 (15 Po) à une vitesse de 250 Go par seconde. Conçu par Bull pour le GENCI (Grand équipement national de calcul intensif), il est hébergé et exploité par le Très grand centre de calcul (TGCC) du CEA à Bruyères-le-Châtel. Les supercalculateurs deviennent indispensables à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) pour modéliser, simuler, de plus en plus finement, des phénomènes complexes, inaccessibles par l'expérience. Plus les performances et les capacités des supercalculateurs sont grandes, plus les modélisations et simulations gagnent en précision et réalisme.
© CNRS Photothèque /Cyril FRESILLON


Notes:

(1) Le LUTH est un laboratoire Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...) Diderot et un département scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) de l'Observatoire de Paris.

(2) DEUS: Dark Energy Universe Simulation, http://www.deus-consortium.org

(3) Jean-Michel Alimi, Pier-Stefano Corasaniti, Yann Rasera, Irène Balmes, Vincent Bouillot, Vincent Reverdy.

(4) Le premier modèle est le modèle de concordance, il envisage la présence d'une constante cosmologique. Un deuxième modèle prévoit la présence d'une composante d'énergie noire dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) qui emplit tout l'Univers. Enfin, le troisième modèle mime une modification des lois de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) aux grandes échelles, par la prise en compte d'une composante accélératrice dite "fantôme".

(5) La mise en évidence observationnelle de l'accélération de l'expansion cosmique dont l'énergie noire serait la source a été récompensée par le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures scientifiques...) 2011.

(6) http://www.genci.fr

(7) Dans un Univers âgé d'environ 13,7 milliards d'années, la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) parcourt pour nous parvenir une distance plus grande que 13,7 milliards d'années-lumière du fait de l'expansion de l'Univers au cours de son trajet. Cette distance dépend précisément du modèle cosmologique considéré. L'espace étant en expansion il se dilate pendant le trajet et conduit la lumière à parcourir environ 45 milliards d'années-lumière.

(8) EUCLID est l'une des missions du programme Cosmic Vision de l'ESA (période 2015-2025). EUCLID est consacré à l'étude de l'origine de l'accélération de l'expansion de l'Univers.


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Source: CNRS