Une équipe de chercheurs genevois a mis au point un nouveau code de simulations numériques permettant d'avoir un aperçu de l'évolution de l'Univers. L'outil est plus précis, car il intègre dans ses calculs les équations de la relativité générale.
Jusqu'à présent, les chercheurs qui étudiaient la formation des grandes structures cosmologiques s'appuyaient sur des codes numériques de la gravitation newtonienne, a expliqué lundi l'Université de Genève (UNIGE). Dans ces modèles, l'espace n'évolue pas et demeure figé, alors que le temps s'écoule.
Les simulations effectuées de cette manière restent précises lorsque la matière de l'Univers bouge lentement. En revanche, elles deviennent approximatives lorsque les particules de matières se meuvent à haute vitesse et que les équations d'Einstein déploient du même coup tous leurs effets.
Avec l'énergie noire
Mettre de côté la relativité empêche aussi de décrire les fluctuations de l'énergie sombre, qui constitue 70% de l'énergie totale de l'Univers. Les chercheurs genevois, emmenés par la physicienne Ruth Durrer, ont donc créé un code, nommé "gevolution", permettant une simulation plus complète.
L'instrument tient compte d'un espace-temps dynamique, comme le décrit la relativité générale. Grâce à "gevolution", il est possible de prédire l'amplitude des ondes gravitationnelles lors de la formation de structures cosmologiques, ainsi que la rotation de l'espace-temps qui en découle.
Pour effectuer leur simulation, les physiciens de l'UNIGE ont découpé dans l'espace une portion cubique constituée de 60 milliards de zones contenant chacune une particule, soit, dans ce cas précis, une portion de galaxie, afin d'analyser la manière dont elles bougent les unes par rapport aux autres.
Ils ont ensuite eu recours à des méthodes mathématiques complexes afin de résoudre notamment des équations partielles non linéaires ainsi qu'au supercalculateur du Centre suisse de calcul scientifique de Lugano. Ils ont ainsi pu mesurer les distances et le temps entre les galaxies en utilisant la relativité générale.
Le meilleur à venir
Les simulations effectuées à ce jour avec une constante cosmologique et sans tenir compte des neutrinos ont donné des résultats assez proches des simulations fondées sur la gravitation newtonienne, a relevé Martin Kunz, physicien à l'UNIGE. Un modèle avec une énergie noire dynamique devrait mener à plus de surprise et de nouveauté.
Le but sera de confronter les résultats de simulation de l'expansion de l'Univers à la réalité de celle-ci. Afin d'ouvrir les recherches au maximum dans ce domaine, l'équipe du professeur Ruth Durrer va rendre public le code "gevolution". Le résultat des premières simulations a été publié dans la revue spécialisée "Nature".