L'un des succès du modèle ΛCDM de l'univers est la capacité des modèles à créer des structures avec des échelles et des distributions similaires à celles que nous voyons dans le Space Magazine. Alors que les simulations informatiques peuvent recréer des univers numériques dans une boîte, l'interprétation de ces approximations mathématiques est un défi en soi. Pour identifier les composants de l'espace simulé, les astronomes ont dû développer des outils de recherche de structure. Le résultat a été près de 30 programmes informatiques indépendants depuis 1974. Chacun promet de révéler la structure de formation dans l'univers en trouvant des régions dans lesquelles se forment des halos de matière noire. Pour tester ces algorithmes, une conférence a été organisée à Madrid, en Espagne, en mai 2010, intitulée «Haloes going MAD», dans laquelle 18 de ces codes ont été mis à l'épreuve pour voir à quel point ils se sont empilés.
Les simulations numériques pour les univers, comme la fameuse Millennium Simulation, commencent par rien de plus que des «particules». Bien que celles-ci soient sans aucun doute petites à l'échelle cosmologique, ces particules représentent des taches de matière noire avec des millions ou des milliards de masses solaires. À mesure que le temps passe, ils sont autorisés à interagir les uns avec les autres selon des règles qui coïncident avec notre meilleure compréhension de la physique et de la nature d'une telle matière. Cela conduit à un univers en évolution à partir duquel les astronomes doivent utiliser les codes compliqués pour localiser les conglomérats de matière noire à l'intérieur desquels les galaxies se formeraient.
L'une des principales méthodes utilisées par ces programmes est de rechercher de petites surdensités, puis de développer une coquille sphérique autour d'elle jusqu'à ce que la densité tombe à un facteur négligeable. La plupart élagueront ensuite les particules dans le volume qui ne sont pas liées par gravitation pour s'assurer que le mécanisme de détection ne s'est pas contenté de saisir un groupement bref et transitoire qui s'effondrera avec le temps. D'autres techniques impliquent de rechercher dans d'autres espaces de phase des particules ayant des vitesses similaires toutes proches (signe qu'elles sont devenues liées).
Pour comparer la performance de chacun des algorithmes, ils ont été soumis à deux tests. La première impliquait une série de halos de matière noire créés intentionnellement avec des sous-halos intégrés. Puisque la distribution des particules a été placée intentionnellement, la sortie des programmes devrait trouver correctement le centre et la taille des halos. Le deuxième test était une simulation d'univers à part entière. En cela, la distribution réelle ne serait pas connue, mais la taille même permettrait de comparer différents programmes sur le même ensemble de données pour voir dans quelle mesure ils interprétaient une source commune.
Dans les deux tests, tous les chercheurs ont généralement bien performé. Dans le premier test, il y avait quelques divergences basées sur la façon dont différents programmes définissaient l'emplacement des halos. Certains l'ont défini comme le pic de densité, tandis que d'autres l'ont défini comme un centre de masse. Lors de la recherche de sous-halos, ceux qui utilisaient l'approche de l'espace de phase semblaient être en mesure de détecter de manière plus fiable des formations plus petites, mais ne détectaient pas toujours quelles particules de la touffe étaient réellement liées. Pour la simulation complète, tous les algorithmes se sont exceptionnellement bien entendus. En raison de la nature de la simulation, les petites échelles n'étaient pas bien représentées, de sorte que la compréhension de la façon dont chacune détecte ces structures était limitée.
La combinaison de ces tests n'a pas favorisé un algorithme ou une méthode particulière par rapport à une autre. Il a révélé que chacun fonctionne généralement bien les uns par rapport aux autres. La capacité de tant de codes indépendants, avec des méthodes indépendantes signifie que les résultats sont extrêmement robustes. Les connaissances qu'ils transmettent sur l'évolution de notre compréhension de l'univers permettent aux astronomes de faire des comparaisons fondamentales avec l'univers observable afin de tester ces modèles et théories.
Les résultats de ce test ont été rassemblés dans un document dont la publication est prévue dans un prochain numéro des Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
