Formation des structures - Définition et Explications

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Modélisation de la formation des structures

Perturbations cosmologiques

Une grande partie des difficultés et de nombreuses discussions sur la compréhension des structures à grande échelle de l'Univers peuvent être résolues par une meilleure compréhension du choix de la jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par...) en Relativité Générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...). Selon la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) du vecteur-tenseur-scalaire (en), la métrique comprend quatre perturbations scalaires, deux perturbations vectorielles et une perturbation tensorielle. Seules les perturbations scalaires sont significatives : les vecteurs sont exponentiellement supprimés dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) initial, et le mode tensoriel n'effectue qu'une petite (mais importante) contribution, sous la forme de du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) gravitationnel primordial et des modes-B de la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est le nom donné au rayonnement électromagnétique issu...) micro-ondes. Deux des quatre modes scalaires peuvent être éliminés par une transformation de coordonnées non significative au plan physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Les modes qui sont éliminés déterminent le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus,...) des réglages de jauges (en) possibles. La jauge la plus populaire est la jauge de Newton (en) (et la jauge conformale de Newton qui lui est étroitement reliée), dans laquelle les scalaires retenus sont les potentiels de Newton Φ et Ψ, qui correspondent exactement au potentiel énergétique newtonien de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) newtonnienne. Beaucoup d'autres jauges sont utilisées, dont la jauge synchrone (en), qui peut être une jauge efficace pour des calculs numériques (on l'utilise pour CMBFAST (en)). Chaque jauge maintiennent quelques degrés de liberté non-physiques. Il existe un formalisme appelé à invariance de jauge, dans lequel seuls sont considérées les combinaisons de variables à invariance de jauge.

Inflation et conditions initiales

On pense que les conditions initiales de l'Univers sont survenues des fluctuations en mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) d'échelle invariante de l'inflation cosmique (L'inflation cosmique est un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors...). La perturbation de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du fond en un point (Graphie) donné \rho(\mathbf{x},t) de l'espace est donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) par un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gaussien aléatoire (en) isotrope, homogène à moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...). Ceci signifie que la transformation spatiale de Fourier de ρ - \hat{\rho}(\mathbf{k},t) doit avoir les fonctions de corrélation (en) suivantes : \langle\hat{\rho}(\mathbf{k},t)\hat{\rho}(\mathbf{k}',t)\rangle=f(k)\delta^{(3)}(\mathbf{k}-\mathbf{k'}),

  • δ(3) est la fonction delta de Dirac à trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...),
  • et k=|\mathbf{k}| est la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) de \mathbf{k}. De plus, le spectre prédit par l'inflation est presque d'échelle invariante, ce qui signifie : \langle\hat{\rho}(\mathbf{k},t)\hat{\rho}(\mathbf{k}',t)\rangle=k^{n_s-1}\delta^{(3)}(\mathbf{k}-\mathbf{k'}),
  • ns − 1 est un nombre petit.

Finalement, les conditions initiales sont adiabatiques ou isentropiques, ce qui signifie que la perturbation fractionnelle de l'entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite en 1865 par Rudolf Clausius...) de chaque espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) de particules est égale.

Evolution gastrophysique

Le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) final de l'évolution survient lorsque les baryons se condensent vers le centre des halos de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) pour former des galaxies, des étoiles et des quasars. Alors que, ne subissant pas la pression de radiation (La pression de radiation est la pression exercée sur une surface exposée à un rayonnement...), la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) accélère énormément la formation de halos denses, la formation de plus petites structures est impossible à partir de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) noire parce qu'elle ne peut dissiper le moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un rôle...), alors que la matière baryonique ordinaire peut s'effondrer et former des objets denses en dissipant le moment angulaire à travers le refroidissement par rayonnement (en). La compréhension de ces processus constitue un problème de calcul d'une difficulté énorme, puisqu'elle suppose d'intégrer la physique de la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...), la magnétohydrodynamique (La magnétohydrodynamique (MHD) est une discipline scientifique qui décrit le comportement...), le physique atomique, les réactions nucléaires, les turbulences, et même la Relativité Générale. Dans la plupart des cas, il n'est pas encore possible de mettre en œuvre des simulations qui puissent se comparer quantitativement avec des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), et les meilleures que l'on sache faire sont encore des simulations approximatives qui illustrent la caractéristique qualitative principale d'un processus tel que la formation d'étoiles.

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