La simulation du supercalculateur Bolchoï, annoncé jeudi dernier, est la plus précise et détaillée des grandes simulations cosmologiques exécutées à ce jour, donnant aux physiciens et aux astronomes, un nouvel outil puissant pour la compréhension des mystères cosmiques tels que la formation des galaxies, la matière noire et l’énergie sombre.

La simulation retrace l’évolution de la structure à grande échelle de l’univers, y compris l’évolution et la distribution des halos de matière noire, dans laquelle les galaxies ont fusionné et grandi. Les premières études montrent une bonne concordance entre les prédictions de la simulation et les observations des astronomes.

Image d’entête : la simulation en haute résolution du supercalculateur présente la très grande structure de l’univers, clic pour grand format.

« Ce qui est passionnant c’est que nous avons maintenant cette simulation très précise qui servira de base pour des tas de nouvelles études importantes dans les mois et années à venir », a déclaré Joel Primack, éminent professeur de physique à l’Université de Californie, Santa Cruz.

Primack et Anatoly Klypin, professeur d’astronomie à l’université du nouveau Mexique, dirigeront l’équipe qui a produit la simulation du Bolchoï. Klypin écrit le code informatique pour la simulation, qui a été exécuté sur le supercalculateur Pléiades au NASA Ames Research Center.

Primack, qui dirige le centre de calcul astronomique à l’Université de California (UC-HIPACC), a déclaré que la version initiale, des données de la simulation du Bolchoï, est parue début septembre. “Nous avons publié un grand nombre de données afin que d’autres astrophysiciens puissent commencer à les utiliser», a t-il dit. « Jusqu’à présent, c’est moins de 1 % de la production réelle, parce que la production totale est tellement énorme, mais il y aura de nouvelles parutions dans l’avenir. »

Le précédent indice de référence, des simulations cosmologiques à grande échelle, est connu sous le nom de Course du Millénaire (Millennium Run, The Millennium Simulation Project), elle a été la base de quelque 400 articles depuis 2005. Mais les paramètres fondamentaux utilisés comme données, pour le Millennium Run, sont maintenant connus  comme étant inexacts.

La simulation Bolchoï est basée sur les derniers paramètres de l’anisotropie du fond diffus cosmologique (WMAP5, une sonde spatiale), qui est compatibles avec les résultats du WMAP7 parut plus tard. « Les paramètres cosmologiques du WMAP1, sur laquelle la simulation est basée, se sont révélés être mauvais », a déclaré Primack. « En outre, les progrès technologiques du supercalculateur nous permettent de faire une meilleure simulation, avec une résolution plus élevée de près d’un ordre de grandeur. Donc je m’attends à ce que la simulation Bolchoï ait un grand impact sur le terrain. « 

L’explication standard pour l’évolution de l’univers après le Big Bang, est connue comme le modèle Lambda de la matière noire froide et elle est la base théorique pour la simulation  Bolchoï. Selon ce modèle, la gravité a d’abord agit sur les fluctuations de densité légère, présentes peu après le Big Bang, pour rassembler les toutes premières mottes de matière noire. Elles ont grandi en amas de plus en plus grands, à travers la fusion hiérarchique de petits progéniteurs.

Visualisation de la simulation du Bolshoï (beaucoup mieux en activant l’HD) :

Bien que la nature de la matière noire reste un mystère, elle représente environ 82 % de la matière dans l’univers. En conséquence, l’évolution de la structure de l’univers a été stimulée par les interactions gravitationnelles de la matière noire. La matière ordinaire, qui forme les étoiles et les planètes, est tombée dans le “puits gravitationnel” créé par des amas de matière noire, donnant naissance aux galaxies dans les centres de halos de matière noire.

Le but principal de la simulation Bolchoï est de calculer et de modéliser l’évolution des halos de matière noire. Une comparaison des prédictions du Bolshoî avec les observations de la galaxie par le Sloan Digital Sky Survey a montré un très bon accord, selon Primack.

La simulation Bolchoï, axé sur une section représentative de l’univers, calcul l’évolution d’un volume cubique mesurant environ un milliard d’années-lumière sur un côté, tout en suivant les interactions de 8,6 milliards de particules de matière noire. Il a fallu 6000000 d’heures de calculs informatiques sur le superordinateur Pleiades, récemment classées comme le plus rapide supercalculateur, le septième dans le monde.

Une variante de la simulation Bolchoï, connu sous le nom de BigBolshoi ou MultiDark, a été exécutée sur le même supercalculateur, avec le même nombre de particules, mais cette fois dans un volume 64 fois plus grand. Le BigBolshoi a été exécuté pour prédire les propriétés et la distribution des amas de galaxies et d’autres très grandes structures dans l’univers, ainsi que pour des projets concernant l’énergie sombre comme le Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).

Une autre variante, appelée MiniBolshoi, est actuellement en cours d’exécution sur le supercalculateur Pléiades. MiniBolshoi se concentre sur une petite portion de l’univers et offre une résolution encore plus élevée que Bolchoï. La simulation du Bolchoï et ses deux variantes seront rendues publiques pour les chercheurs en astrophysique via la base de données du MultiDark, organisé par l’Institut en astrophysique de Potsdam en Allemagne et soutenu par des subventions de l’Espagne et de l’Allemagne.

Primack, Klypin et leurs collaborateurs continuent à analyser les résultats de la simulation Bolchoï et soumettent des articles pour leur publication. Parmi leurs conclusions se trouvent les résultats qui démontrent que la simulation a correctement prédit le nombre de galaxies aussi brillantes que la Voie lactée, qui ont des galaxies satellites aussi brillante que les principaux satellites de la Voie lactée, le Grand et le Petit Nuage ​​de Magellan.

Précédemment : A la fin de ce mois d’aout des astrophysiciens (Lucio Mayer, un astrophysicien de l’Université de Zurich et l’astronome Peiro Madau de l’université de Santa Cruz) réalisait un modèle capable de reproduire la genèse de la voie lactée grâce à deux superordinateurs : le Cray XT5 « Monte Rosa » supercalculateur Jaguar) au centre national suisse de calcul intensif, à Zurich et la division des superordinateurs de la NASA “Pléiades” utiliser pour le Bolshoï. Mon article : La très réaliste et toute première simulation vidéo, de la genèse de notre voie lactée.

Deux études publiées sur la librairie de l’université Cornell :

– Halos and galaxies in the standard cosmological model: results from the Bolshoi simulation de A. Klypin, S. Trujillo-Gomez, J. Primack.

– Galaxies in LCDM with Halo Abundance Matching: luminosity-velocity relation, baryonic mass-velocity relation, velocity function and clustering de ebastian Trujillo-Gomez, Anatoly Klypin, Joel Primack, Aaron J. Romanowsky.

Et toutes les autres publications sur le site du Bolchoï cosmological simulation.