✨ Cette simulation de l'Univers se confond avec la réalité

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Des galaxies sorties tout droit d'un ordinateur pourraient-elles tromper les astronomes les plus aguerris ? C'est pourtant le cas avec la simulation COLIBRE, dont les galaxies virtuelles sont si réalistes qu'elles se confondent avec celles photographiées par le télescope spatial James Webb.

Cette prouesse informatique repose sur le modèle standard de la cosmologie, dit Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM - ou LCDM). Les chercheurs ont fait tourner le supercalculateur COSMA8 de l'université de Durham pour modéliser la formation des galaxies à partir de gaz froid et de poussière, depuis les premiers milliards d'années après le Big Bang jusqu'à aujourd'hui. Le résultat est une reproduction sans précédent de l'Univers observable.

À gauche, la toile cosmique où la couleur encode la densité projetée du gaz et des étoiles. À droite, deux des nombreuses galaxies formées dans les simulations, vues de face (en haut) et de profil (en bas).
Crédit: Schaye et al. (2026)

La grande innovation de COLIBRE est de savoir simuler le gaz froid et la poussière, éléments clés de la formation des étoiles. Les simulations antérieures ignoraient cette composante essentielle. Aujourd'hui, les scientifiques reproduisent avec précision le nombre, la luminosité, la couleur et la taille des galaxies réelles, validant ainsi notre compréhension de l'évolution cosmique.

"C'est exaltant de voir des galaxies sortir de notre ordinateur et ressembler à s'y méprendre aux vraies", s'enthousiasme Carlos Frenk, membre de l'équipe. Il aime taquiner ses collègues observateurs en leur demandant de deviner quelle image provient du ciel et laquelle de la simulation. Tout cela, simplement en résolvant les équations de la physique appliquées à l'expansion cosmique.

Toutefois, même cette simulation très aboutie bute sur une anomalie: les "petits points rouges" observés par James Webb. Ces objets apparaissent en abondance 600 millions d'années après le Big Bang, puis disparaissent quand l'Univers a environ 1,5 milliard d'années. Peut-être s'agit-il de graines de trous noirs supermassifs, mais COLIBRE ne les reproduit pas encore.

Les résultats de COLIBRE ont été publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bien que la plupart des simulations se soient achevées en 2025, certaines se poursuivent. Les données déjà recueillies prendront des années à analyser, ouvrant la voie à de futures découvertes sur la naissance et l'évolution des galaxies.

Les cinq boîtes cubiques COLIBRE, dont les côtés mesurent de 25 à 400 cMpc. La couleur indique la densité surfacique totale (sur des faces de 5 Mpc d'épaisseur).
Les volumes disponibles à haute (m5), moyenne (m6) et basse (m7) résolution sont indiqués.

Le modèle standard de la cosmologie (ΛCDM)

Le modèle ΛCDM, pour Lambda Cold Dark Matter, est la théorie dominante décrivant l'Univers. Il suppose que l'Univers est composé d'environ 5 % de matière ordinaire, 27 % de matière noire froide et 68 % d'énergie noire (représentée par la constante cosmologique Lambda 'Λ'). Ce modèle explique avec succès l'expansion accélérée de l'Univers, la formation des grandes structures comme les galaxies, et le rayonnement fossile du Big Bang. COLIBRE utilise ce cadre pour simuler l'évolution cosmique sur 13 milliards d'années.

La matière noire froide, invisible mais détectable par ses effets gravitationnels, joue un rôle central. Elle a servi de "squelette" pour la formation des premières galaxies. L'énergie noire, quant à elle, accélère l'expansion de l'Univers. Le modèle ΛCDM a été maintes fois confirmé par les observations, mais il reste des questions, notamment sur la nature exacte de la matière noire et de l'énergie noire. Les simulations comme COLIBRE aident à tester ses prédictions.

En reproduisant fidèlement les propriétés des galaxies observées, COLIBRE apporte une nouvelle validation au modèle ΛCDM. Cependant, l'incapacité à expliquer les "petits points rouges" pourrait indiquer des lacunes dans notre compréhension, comme des processus liés aux trous noirs primordiaux. Les cosmologistes continuent donc d'affiner le modèle à l'aide de superordinateurs.

Les "petits points rouges" et les graines de trous noirs

Les "petits points rouges" sont des objets compacts et rouges observés par le télescope spatial James Webb dans l'Univers jeune, environ 600 millions d'années après le Big Bang. Ils apparaissent en grand nombre pendant une courte période, puis disparaissent totalement lorsque l'Univers atteint environ 1,5 milliard d'années. Leur nature exacte est inconnue, mais une hypothèse avance qu'il s'agit de graines de trous noirs supermassifs en formation.

Ces graines seraient des trous noirs primordiaux, nés de l'effondrement direct de nuages de gaz massifs. Ils pourraient ensuite croître rapidement pour devenir les trous noirs supermassifs que l'on observe au centre des galaxies aujourd'hui. Leur couleur rouge viendrait de la poussière qui obscurcit leur lumière, et leur petite taille apparente serait due à leur distance. Mais d'autres explications existent, comme des galaxies naines très poussiéreuses.

Les simulations COLIBRE ne parviennent pas à reproduire ces objets, ce qui indique que les modèles actuels de formation des galaxies et des trous noirs sont incomplets. Pour résoudre cette énigme, les chercheurs devront peut-être inclure des processus physiques supplémentaires, comme les rétroactions des trous noirs ou une formation d'étoiles plus intense.

MO
moijdikcékool

Ça, pour "coller à la réalité", on peut faire confiance aux simulations :lol2: ! Si l'on veut faire une simulation des accidents de la route, on peut par exemple parsemer les routes de flaques d'huile :haaa: et dire, quand les valeurs cible sont atteintes (un truc de simulation: si on s'approche "un peu" d'une valeur cible, alors elle est atteinte, on ne chipote pas :siffle: ), "regarder comme c'est ressemblant". Sauf qu'en fait, si ça se trouve, pas du tout, en fait ce sont des casses mécaniques qui répandent de l'huile et qui provoquent les accidents :_grat2: , pas les flaques. Donc une simulation, c'est juste le résultat de l'imagination limitée de leurs auteurs :bon: , ça plait à l'oeil :sol: mais pas forcément à ceux des intéressés :gueule: , les assureurs par exemple, qui aimeraient qu'on tienne compte de la fatigue, des téléphones etc... Alors on affine les simulations :_grat: , on tient compte de 'toutes les petites choses' :cool: , ça plait plus à l'oeil mais bon, faut pas se leurrer :pfff: , elles demandent à creuser toujours plus, par exemple, l'origine de la fatigue, des flaques d'huile, les règles d'utilisation des téléphones :pleure: .. Tant que la simulation des accidents n'est pas suffisamment sérieuse :non: , on peut tout à fait se contenter de la première simulation :clapclap: , avec les flaques, le résultat plait à l'oeil, et les assureurs devront continuer à faire du cas par cas, à se demander quelle a été la cause d'un accident :grat:
Dans le cas des simulations cosmologiques, elles évoluent de la même manière :lol2: , on rajoute des paramètres pour affiner ce que l'on s'imagine être la cause de ci ou de ça, afin que les valeurs cibles soient "atteintes" :zzz: . Et elles seraient plaisantes à l'oeil. Donc
A quelques détails près :larme:
Déjà, il y a effectivement cette histoire de "petits points rouges" :o comme le souligne le résumé, ils auraient déjà du être visibles dans les premières simulations :gueule: (la simulation ici va jusqu'à z~100 alors qu'on les observe bien plut tard), un peu comme si je vous disais qu'une flaque d'huile, aura permis, miraculeusement :D , d'éviter un accident, la simulation "flaque d'huile", même simpliste, étant tout à suffisante pour faire apparaître les cas improbables :bou2: . On peut toujours rajouter la fatigue ou le téléphone :prof: pour diversifier ces cas improbables mais on aura compris que l'ajout de détails ne changera pas grand chose :vieu: , on peut même se dire que ces nouveaux paramètres peuvent être modélisés par la forme des flaques d'huile :fada: , et la ressemblance avec la réalité sera saisissante :clapclap: . Même si la simulation part d'hypothèses complètement fausses :grilled: , ou très partiellement vraies :rideau: , et les auteurs des simulations d'être contents :hm:
La simulation actuelle du cosmos est toujours sur le modèle des premières simulations :p , on y a rajoute des trucs :francais: et des bidules :bounce: , mais l'essentiel reste le même: simulation newtonienne (on parle éventuellement des paramètres cosmologiques :bou: pour faire bien :lol: , mais ça permet juste de rajouter un trait d'échelle qui diminue sur la simulation :lol2: , ne rêvez pas :non: , une simulation relativiste à grande échelle :boulet: est tout à fait hors de portée. Les auteurs parlent d'ailleurs d'espace 'spatially flat', euclidien en somme :zzz: , pas plat au sens relativiste bien sûr :lol2: ), on place la matière là où il faut :sarcastic: , on définit les valeurs cibles :sarcastic: , on fait tourner et hop, ô miracle :houla: , c'est tout beau tout joli et, la puissance de calcul aidant, c'est même plus joli qu'avant :clapclap: . Forcément
Plus joli? Plus ressemblant à la réalité? On aura pourtant tous remarqué :jap: qu'il y a aussi ces filaments cosmiques :eek2: , bien représentés sur les images. Ils sont censés alimenter les densités :roi2: , parceque bon on s'imagine que c'est ainsi qu'ils le sont :sarcastic: . "Bah oui", ils sont bien alimentés par quelque chose pour avoir grossi :bisou: , de quelque part, hein. Sauf que ces filaments sont complètement imaginaires :fouet: , on ne les voit pas (enfin on en voit :love: hein, c'est comme les taches d'huile, ce n'est pas parcequ'elles sont, en fait, responsables d'un nombre mineur d'accidents qu'ils faut les effacer de l'équation hein) et si on voit parfois quelque chose, c'est surtout quand ils sont ionisés :grilled: , que l'on peut confondre avec les jets des trous noirs supermassifs qui peuvent prendre des dimensions intergalactiques :eek2: , ou avec les gaz accompagnant les galaxies ou amas, ionisés eux-aussi, pouvant être arrachés par interaction galactique, mais on comprend surtout que ces gaz proviennent des dites galaxies :sarcastic: . Alors certes, ils ne sont pas vus parcequ'ils sont censés être neutres et qu'ils n'émettent pas :pfff: , alors on les suppose, mais bon on ne les voit pas, et on les cherche encore :zzz: . On est tellement sûr qu'ils sont là :vieu: , mais puisqu'on vous dit qu'il faut bien que les galaxies soient alimentées, bon sang, c'est qu'ils sont là :lol2: , même en les cherchant avec dilettantisme :) , on les trouvera, d'ailleurs on en voit quelques-uns :+1: , "donc" en fait ils sont partout, et puis voilà :lol2: , quourpoi les chercher? hein, dites-moi! C'est tellement évident que dans les images, il n'y a évidemment pas d'encart pour y trouver des ressemblances avec la réalité :sarcastic:
Des points rouges qui n'apparaissent pas :lol2: , des filaments qui apparaissent :lol2: , ben c'est tout sauf joli :cry: ! On comprend surtout que le modèle actuel est un modèle-jouet :D qui ne fait que jouer avec les apparences, une simple animation :p comme peut le faire un film animé d'une réalité tronquée, trop simpliste (les galaxies qui s'enfuiraient en accélérant avec une énergie sortie de nulle part :lol2: , sans même parler d'énergie noire :lol2: ), qui n'explique les choses qu'au travers de l'interprétation et l'imagination du réalisateur, et non des concernés :non: que sont les objets physiques. Curieusement, ces deux 'détails' sont des points essentiels :roi: à un modèle de détente :idee: , ie quand l'intensité de la gravitation diminue dans le temps :pet: , en R^-3/2, quand le vide n'est ainsi doté d'aucun moteur (l'expansion dans le modèle actuel), les TNSM et la structure cosmique y sont censés s'y former très vite :roi: avant d'apparaître sous nos télescopes ébahis :houla: , sans besoin de matière noire sous forme de matière :bou: mais sous forme d'effet relativiste provoqué par la masse de l'univers observable :roi: , ni d'énergie noire :bou: , totalement inutile :roi: , et les redshifts provoqués par une géométrie passée moins fine que présentement, par simple projection :roi: , ou disons par décalage gravitationnel dans un premier temps :roi: . Et évidemment, l'inhomogénéité :bou: prétendument déduite de l'excès radio du dipôle du CMB, ne devient qu'une excroissance du modèle d'expansion :lol2: , et s'explique simplement par notre mouvement amplifiant la dérive temporelle des redshifts :roi: , positive :roi: et non négative :non: comme dans le modèle actuel. Pour les plus courageux :bieres: , il faudra se pencher sur les autres messages dans ce même forum pour comprendre quelques détails de calculs et hypothèses, mais à la fin on comprend que la ressemblance avec la réalité est plus pertinente :clapclap: qu'avec le modèle d'expansion :bou: qui est surtout un modèle qui ne cesse d'enfler :lol2: tant il faut il lui apporter des corrections en permanence