Des chercheurs de l’Université de Chicago ont publié le 30 septembre dans The Open Journal of Astrophysics des simulations informatiques inédites modélisant la formation de la Voie lactée par l’assemblage de milliers de petites galaxies au début de l’univers.
À l’aube de l’univers, la région spatiale qui abrite aujourd’hui notre système solaire ne formait pas un disque unifié. Selon une série de simulations menée par une équipe de scientifiques et publiée dans The Open Journal of Astrophysics, notre quartier cosmique était alors un ensemble complexe de milliers de galaxies plus petites. Certaines produisaient massivement des étoiles, tandis que d’autres contenaient uniquement du gaz ou abritaient des restes d’étoiles mortes et des trous noirs.
Ces modèles sophistiqués, pilotés par Harley Katz, professeur assistant d’astronomie et d’astrophysique à l’Université de Chicago, ont nécessité trois ans de calculs sur des supercalculateurs puissants. Ils constituent la modélisation la plus poussée à ce jour sur la genèse d’une galaxie semblable à la nôtre au cours de ses premiers milliards d’années d’existence.
Le projet MEGATRON simule la proto-Voie lactée
Regroupés sous le nom de projet MEGATRON, ces six articles scientifiques permettent de prédire directement l’aspect qu’aurait présenté la proto-Voie lactée face aux instruments actuels. Pour la première fois, nous pouvons directement prédire ce à quoi la Voie lactée primitive aurait ressemblé pour des télescopes comme Hubble ou le télescope spatial James Webb
, a expliqué Harley Katz, selon l’Université de Chicago.
Pour concevoir ces modèles, les chercheurs ont intégré des lois physiques fondamentales, allant de la gravité à la hydrodynamique, en passant par le rayonnement et la chimie. La mise en service du télescope spatial James-Webb a fourni de nouvelles données, incitant l’équipe à confronter ses prédictions aux observations actuelles pour identifier les correspondances et les éléments manquants. L’échelle du modèle surpasse largement les simulations précédentes. Nous suivons des milliers de sous-systèmes dans le modèle et calculons directement à quoi ils auraient tous ressemblé avec nos télescopes spatiaux les plus puissants, ce qui représente plusieurs ordres de grandeur de plus que ce qui avait été simulé auparavant
, a souligné Harley Katz.
Les étoiles de la population III expliquent l’énigme du fer
La simulation montre des systèmes singuliers dépourvus d’étoiles, mais pourtant lumineux. Certains d’entre eux abritaient autrefois des astres ayant explosé ou s’étant effondrés en trous noirs, tandis que d’autres n’ont abrité que du gaz.
Ces travaux apportent également un éclairage inédit sur une énigme de longue date en astrophysique stellaire. Dans la Voie lactée moderne, les galaxies plus petites et plus faibles affichent généralement des concentrations moindres en fer. Toutefois, cette règle s’effondre dans les systèmes extrêmement faibles, où la quantité de fer demeure constante, indépendamment de la masse. Jusqu’à présent, aucun modèle n’était parvenu à reproduire ce phénomène.
D’après les simulations, ce comportement découle des explosions d’un type exotique d’étoiles formées immédiatement après le Big Bang. Connues sous le nom d’étoiles de population III, elles se composent exclusivement des premiers éléments apparus dans l’univers, à savoir l’hydrogène et l’hélium. Lorsqu’elles explosent, ces supernovas génèrent des quantités de fer supérieures à celles des autres étoiles. Si une galaxie possède une masse suffisante, sa gravité retient ce fer ; dans le cas contraire, le métal se dissipe dans l’espace.
Ces astres originels n’ont jamais été directement observés par les télescopes. L’un des articles du projet détaille pour la première fois leur formation dans un environnement comparable à celui de la Voie lactée et indique les zones où ils seraient le plus susceptibles de subsister, guidant ainsi les recherches futures des astronomes.