À quoi ressemblait l'Univers au début de son histoire, seulement 500 millions d'années après le Big Bang? Actuellement, nous n'avons aucun moyen de «regarder» en arrière aussi loin avec nos télescopes, mais les cosmologistes de l'Université de Durham au Royaume-Uni ont utilisé une simulation informatique pour prédire comment le tout premier Univers serait apparu. Les images représentent «l'aube cosmique» et calculent la formation des premières grandes galaxies. La simulation tente également de discerner le rôle de la matière noire dans la formation des galaxies. «Nous regardons effectivement en arrière dans le temps et, ce faisant, nous espérons apprendre comment les galaxies comme la nôtre ont été fabriquées et mieux comprendre la matière noire», a déclaré Alvaro Orsi, auteur principal de l'étude de l'Institut de cosmologie computationnelle de l'Université de Durham (ICC). ). "La présence de matière noire est la clé de la construction de galaxies - sans matière noire, nous ne serions pas ici aujourd'hui."
Dans les images produites par la simulation informatique, les tourbillons verts représentent la matière noire, qui, selon les scientifiques, est un ingrédient essentiel de la formation des galaxies, tandis que les cercles indiquent le taux de formation d'étoiles dans les galaxies. Les différents cercles de couleur représentent la luminosité variable de la formation d'étoiles, le jaune étant le plus brillant. L'image du haut décrit l'Univers tel qu'il était 590 millions d'années après le Big Bang, et l'image ci-dessous montre l'Univers 1 milliard d'années après le Big Bang, alors que les taux de formation d'étoiles commencent à augmenter.
Les toutes premières galaxies ont été créées à partir des débris d'étoiles massives qui sont mortes explosivement peu de temps après le début de l'Univers. Le calcul de Durham prédit où ces galaxies apparaissent et comment elles évoluent jusqu'à nos jours, plus de 13 milliards d'années plus tard. Bien que les galaxies soient aujourd'hui plus grandes, elles ne forment pas des étoiles aussi rapidement maintenant qu'elles l'étaient dans le passé. "Nos recherches prédisent quelles galaxies se développent à travers la formation d'étoiles à différents moments de l'histoire de l'Univers et comment elles se rapportent à la matière noire", a déclaré le co-auteur Dr. Carlton Baugh. "Nous donnons à l'ordinateur ce que nous pensons être la recette pour la formation de galaxies et nous voyons ce qui est produit qui est ensuite testé par rapport aux observations de vraies galaxies."
La simulation massive montre comment les structures se développent dans la matière noire avec un modèle montrant comment la matière normale, comme le gaz, se comporte pour prédire la croissance des galaxies. Le gaz ressent l'attraction de la gravité de la matière noire et s'échauffe avant de se refroidir en libérant le rayonnement et en se transformant en étoiles. Les images de simulation montrent quelles galaxies forment les étoiles le plus vigoureusement à un moment donné. L'image ci-dessous montre l'Univers 1,9 milliard d'années après le Big Bang, une période très active de formations d'étoiles dans les galaxies.
Les calculs de l'équipe de Durham, appuyés par des scientifiques de l'Universidad Catolica à Santiago du Chili, peuvent être testés par rapport à de nouvelles observations remontant aux premiers stades de l'histoire de l'Univers près d'un milliard d'années après le Big Bang. Le professeur Keith Mason, directeur général du Science and Technology Facilities Council, a déclaré: «La cosmologie computationnelle joue un rôle important dans notre compréhension de l'Univers. Non seulement ces simulations nous permettent de remonter dans le temps à l'Univers primitif, mais elles complètent le travail et les observations de nos astronomes. »
Cette image montre le Space Magazine, 13,6 milliards d'années après le Big Bang. Les galaxies ne forment pas des étoiles aussi rapidement maintenant qu'elles l'étaient dans le passé.
L'équipe espère qu'une étude plus approfondie et des simulations des effets de la matière noire sur les galaxies aideront les astronomes à en savoir plus sur ce qu'est cette substance omniprésente.
Source: Conseil des installations scientifiques et technologiques
Institut de cosmologie computationnelle, Université de Durham
Département de physique, Université de Durham
