Une équipe internationale dirigée par la Chine a publié la plus grande simulation cosmologique jamais réalisée, baptisée « HyperMillennium », offrant aux scientifiques un outil numérique puissant pour explorer l’évolution cosmique.
Cette simulation couvre un vaste cube mesurant 12 milliards d’années-lumière de chaque côté et utilise 4,2 billions de particules virtuelles de matière noire. En appliquant une technique appelée simulation numérique à N corps, l’équipe a recréé avec précision l’évolution des structures à grande échelle de l’univers sur 10 milliards d’années. En termes simples, ils ont construit un univers virtuel à l’intérieur d’un superordinateur, en commençant juste après le Big Bang et en suivant étape par étape l’attraction gravitationnelle.
Ce cosmos virtuel permet aux chercheurs de « remonter le temps » et d’étudier la formation des galaxies et d’autres caractéristiques cosmiques. En ajoutant des modèles physiques de formation des galaxies, la simulation produit un catalogue détaillé des positions, de la luminosité et d’autres caractéristiques clés des galaxies. Cela fournit un soutien théorique à la recherche sur la matière noire et l’énergie noire, et offre également un soutien important aux programmes d’étude des galaxies de nouvelle génération, tels que le télescope de la station spatiale chinoise et la mission Euclid de l’Agence spatiale européenne.
« La simulation a été réalisée avec une résolution de force et une précision temporelle élevées, et a également réalisé une percée en termes d’échelle de calcul. Elle permet aux scientifiques d’étudier en détail des structures cosmiques massives extrêmement rares tout en conservant une forte puissance statistique », a déclaré Wang Qiao, chercheur aux Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences (NAOC).
De telles simulations à grande échelle nécessitent d’énormes ressources informatiques, et l’équipe de recherche a utilisé un logiciel auto-développé appelé PhotoNs, conçu spécifiquement pour les superordinateurs nationaux chinois. Après plus de 10 ans de travail sur les algorithmes et l’optimisation, l’équipe a réalisé des calculs efficaces en utilisant plus de 10 000 cartes accélératrices. Le projet a consommé plus de 100 millions d’heures de cœur de processeur et 10 millions d’heures de carte accélératrice, et a produit environ 13 pétaoctets de données brutes et traitées.
Mike Boylan-Kolchin, professeur à l’Université du Texas à Austin, a qualifié la simulation de merveille informatique qui aidera à percer les secrets de l’énergie noire et de l’univers primitif. Il a également noté que sa taille et sa résolution sans précédent en font une pierre de touche pour les communautés de recherche pour les années à venir.
Volker Springel, directeur de l’Institut Max Planck d’astrophysique en Allemagne, a déclaré que la simulation redéfinit les limites de la cosmologie numérique. Il a été « extrêmement impressionné » par les efforts de l’équipe pour développer une simulation incroyablement grande et très précise, qui permet de nouveaux tests de haute précision du modèle cosmologique standard.
Le premier article de recherche issu de ce projet a été récemment publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Pour démontrer la puissance de la simulation, l’équipe a comparé les résultats de la simulation avec des observations réelles d’Abell 2744, un célèbre amas de galaxies situé à environ quatre milliards d’années-lumière de la Terre. La correspondance était remarquable, jusqu’au niveau des pixels, confirmant que le modèle cosmologique standard fonctionne même dans des environnements extrêmement complexes comme les amas de galaxies en collision.
Selon le NAOC, le premier lot de données de simulation a déjà été diffusé à la communauté scientifique mondiale via le Centre national de données astronomiques, une plate-forme pour la recherche en astronomie, l’éducation et les applications basées sur les données.
