Les simulateurs informatiques d'Univers MILLENIUM RUN - Partie 1

 

SIMULATION :
une vision de l'Univers

Une simulation numérique, tout juste sortie des laboratoires d'astrophysique, nous invite à un voyage dans le temps et dans l'espace : cette simulation retrace une histoire de l'Univers, en fait celle d'un cube de 500 millions d'années-lumière de côté. Il faut comprendre par là que si on allume une ampoule d'un côté, sa lumière n'arrivera de l'autre côté que 500 millions d'années plus tard... Où nous trouvons-nous dans cette immensité spatiale?

Une vision de l'Univers (3'38'') : La gravitation régit les mouvements des astres, l'orbite des planètes autour des étoiles, la rotation des galaxies. Grâce à elle, les galaxies peuvent se regrouper en amas, les amas en superamas. Sa portée gigantesque en fait le « maître de l'Univers »… Où nous trouvons-nous dans cette immensité spatiale ? Comment l'Univers a-t-il évolué depuis le Big Bang ? Quelques éléments de réponse…  Réalisation : Jean-Christophe Monferran Montage : Michel Castre  Crédit images : Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS) Regarder la vidéo
Une vision de l'Univers (3'38'')
Clic à l'adresse internet ci-dessous et clic sur l'image pour voir la VIDEO sur la simulation :
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http://www.flashespace.com/html/juin05/02_06.htm

'Millennium Run'
Une simulation informatique de l'Univers primitif
 
Le consortium Virgo, un groupe international d'astrophysiciens d'Allemagne, du Royaume-Uni, du Canada et des Etats-Unis rend publics les premiers résultats de la plus grande simulation informatique jamais réalisée de l'évolution de l'Univers primitif de façon à mieux comprendre l'histoire de la formation des galaxies et des quasars.

Ce 'Millennium Run' a nécessité de prendre en compte plus de 10 milliards de particules pour tracer l'évolution de la distribution de la matière dans une région cubique de l'Univers de quelque 2 milliards d'années-lumière de côté. L'ordinateur qui a été utilisé est celui de la Max Planck Society et a fonctionné en continu pendant plus d'un mois.

Les scientifiques de Vigo ont recrée l'histoire de l'évolution des 20 millions de galaxies qui évoluent à l'intérieur de ce carré mais également celle des trous noirs super massifs tapis au cœur des quasars. A terme, ce travail doit aider les scientifiques à mieux comprendre et clarifier les processus physiques sous-tendant de l'évolution de ces objets. Plus tard, les modèles 'Millennium Run' seront utilisés par les astronomes pour mieux comprendre le sens de leurs observation de l'Univers lointain de façon à prévoir les conséquences des théories.

Les avancées récentes dans la cosmologie semblent démontrer qu'environ 70 % de l'Univers se composent actuellement d'énergie foncée, une force mystérieuse dont le rôle reste énigmatique mais qui favorise l'expansion de l'Univers toujours plus rapidement. Un quart de l'Univers serait composé apparemment d'une matière foncée froide, un genre de particule élémentaire qui n'a pour l'instant pas encore été détectée directement sur Terre. Enfin, les 5 % restants sont ce que l'on appelle la matière atomique ordinaire dont la majeure partie est constituée d'hydrogène et d'hélium.

Les télescopes spatiaux sensibles aux micro-ondes ont généré des cartes de l'Univers primitif alors âgé de seulement 400.000 ans. Ces cartes de la répartition anisotropique du rayonnement fossile fournissent également des renseignements sur des mesures des fluctuations de température de sorte que l'on peut voir, en quelque sorte, de faibles ondulations de la matière et des radiations. Par la suite ces ondulations se transformeront en structures bien plus riches. C'est cette évolution que ce 'Millennium Run' tente de modéliser et de mieux comprendre de façon à explorer la physique complexe qui a provoqué l'apparition des galaxies et leurs trous noir centraux.

Déjà ses premiers résultats confortent des observations sujettes à polémiques. Le grand programme de cartographie spatiale jamais lancé (SDSS, Sloan Digital Sky Survey) a permis de découvrir un certain nombre de quasars très éloignés et très lumineux qui semblent abriter des trous noirs au moins un milliard de fois plus massifs que le Soleil, à un moment où l'Univers était âgé de moins d'un dixième son âge actuel. Ces objets sont vraisemblablement tapis au cœur des galaxies et sont de très petites tailles mais bien plus lumineux que n'importe quelle galaxie. Ils sont associés aux trous noirs présents au centre de la galaxie, dont les quasars constituent le noyau.

Or, plusieurs astronomes estimaient qu'il était impossible que des trous noirs aussi massifs aient pu exister très tôt dans l'histoire de l'Univers. Le 'Millennium Run' a démontré que quelques trous noirs se forment assez tôt, quelque centaines de millions d'années après le Big Bang. L'aspect le plus intéressant du projet est que le 'Millennium Run' démontre pour la première fois que les modèles caractéristiques de la distribution de la matière dans l'Univers primitifs sont 'visibles' dans les cartes générées dans les micro-ondes et devraient toujours apparaître parmi la répartition de l'Univers visible.

+ d'images et d'animations

 
La distribution de la matière foncée dans l'Univers sur différentes échelles.
La distribution de la matière foncée dans l'Univers sur différentes échelles.
La distribution de la matière foncée dans l'Univers sur différentes échelles.
La distribution de la matière foncée dans l'Univers sur différentes échelles.
 
La distribution de la matière foncée dans l'Univers sur différentes échelles.

Cette structure à grande échelle se compose de filaments qui entourent de grands vides et croissent dans des nuages de matière. Les plus grands de ces halos sont formés de faisceaux riches en galaxies, contenant plus de mille galaxies qui sont encore prises en considération comme sous-structure du halo dans la simulation.
Crédit Max Planck Institute for Astrophysics

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Visualisierungen der Simulation


Dieser Film zeigt die Verteilung der dunklen Materie im Universum zur heutigen Zeit, basierend auf der Millennium Simulation, der größten jemals ausgeführten N-Körper Simulation (mehr als 1010 Teilchen). Durch einen Zoom auf einen massreichen Galaxienhaufen zeigt der Film die Gestalt der Strukturen auf unterschiedlichen Skalen und illustriert damit den großen dynamischen Bereich der Simulation (105 pro Raumdimension). Der Zoom deckt Skalen von mehreren Gpc bis hinunter zu den kleinsten aufgelösten Substrukturen mit einer Größe von ~10 kpc ab.



Hohe Qualität [divx5, 48.6 MB, 1024x768]
Mittlere Qualität [divx5, 13.4 MB, 640x480]
Niedrige Qualität [divx5, 10.8 MB, 512x384]


Die Videodaten sind mit "divx5" (MPEG4) komprimiert worden und haben recht hohe Auflösung, so dass ein schneller PC und eine gute Grafikkarte benötigt werden, um sie ohne Ruckeln abzuspielen. Unter Apple OS-X und Windows läßt sich der Film unter Umständen erst nach Installation des kostenfrei unter http://www.divx.com erhältlichen divx-codec abspielen. Unter Linux kann das "mplayer" Programm zum Abspielen benutzt werden.



 


Eine 3-dimensionale Visualisierung der Millennium Simulation. Der Film zeigt einen Flug durch das simulierte Universum. Auf dem Weg wird ein massereicher Galaxienhaufen besucht, der einmal umrundet wird. Während der zwei Minuten Dauer dieser virtuellen Reise wird eine Strecke zurückgelegt, für die selbst das Licht mehr als 2.4 Milliarden Jahre benötigen würde.
Schneller Flug [divx5, 60 MB, 1024x768]
Langsamer Flug [divx5, 120 MB, 1024x768]

Quelle: Springel et al. (2005)



 


Die obere Reihe dieser Bilder zeigt die Galaxienverteilung in der Simulation, sowohl auf großen Skalen wie auch für einen schweren Galaxienhaufen, in welchem man sie individuell erkennen kann. Die oberen Abbildungen stellen daher die großräumige Verteilung des Lichts im Universum dar. Die Bilder der unteren Reihe zeigen die dazu korrrespondierende Verteilung der dunklen Materie.

Anklicken der Bilder zeigt eine Vergrößerung.







Dieses Poster zeigt das projezierte Dichtefeld in einem 15 Mpc/h dicken Schnitt durch die z=0 Ausgabe der Simulation. Die überlagerten Bilder sind Vergrößerungen der mit weißen Rechtecken markierten Regionen, jeweils um einem Faktor 4.

[768x1024]  [1536x2048] 

[poster.ps.gz, A0, 280 MB]




Die folgenden Schnitte durch das Dichtefeld sind alle jeweils 15 Mpc/h dick. Wir zeigen für jede Epoche/Rotverschiebung jeweils drei Bilder, die einer Sequenz von Vergrößerungen um jeweils einen Faktor 4 entsprechen.

Rotverschiebung z=0 (t = 13.6 Gyr)

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

Rotverschiebung z=1.4 (t = 4.7 Gyr)

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

Rotverschiebung z=5.7 (t = 1.0 Gyr)

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

Rotverschiebung z=18.3 (t = 0.21 Gyr)

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

[1024x768] [2048x1536] [plain]

 

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Millennium Run

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search

The Millennium Run (also known as the Millennium Simulation, because of its size[1]) is the name of a simulation created to investigate how the Universe evolved over time, and is used by scientists working in physical cosmology to compare observations with theoretical predictions.

Contents

[hide]

[edit] Overview

A basic scientific tool to test theories in cosmology is to evaluate their consequences for the observable parts of the Universe. This includes, among other things, the distribution of matter (galaxies and intergalactic gas) as it is seen, now. Since looking further into the distance also means looking back in time, a meaningful test of the evolution of that distribution over time is possible.

The Millennium Run simulation starts with the initial state of the Universe, where the Cosmic background radiation was created. Its properties are well known by satellite experiments and serve as the starting point for the corresponding matter distribution. Using the physical laws of the currently known cosmologies, the evolution of matter as galaxies and black holes is simulated and recorded.

This simulation was created and executed for the first time in 2005 by the Virgo consortium, an international group of astrophysicists from Germany, the UK, Canada, Japan and the USA.

[edit] Size of the simulation

For the first scientific results, published on June 2, 2005, the Millennium Run traced more than 10 billion "particles". The region of space simulated was a cube with about 2 billion light years as its length. This volume was populated by about 20 million "galaxies". A super computer, located in Garching, Germany, executed the simulation code for more than a month. The output of the simulation needed about 25 Terabytes for storage.

[edit] First results

The Sloan Digital Sky Survey had challenged the current understanding of cosmology by finding black hole candidates in very bright quasars at large distances. This meant that they were created much earlier than initially expected. The Millennium Run demonstrated that these objects can indeed be explained, and do not contradict our models of the evolution of the Universe.

[edit] Other large scale universe simulations

The 2007 Horizon simulation project features the largest N body simulation ever performed: 70 billions particles were evolved.

For the first time, we have performed a simulation of half the observable universe, with enough resolution to describe a Milky Way-like galaxy with more than 100 dark matter particles.

[edit] References

  1. ^ page 3 in http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/0504097.pdf

[edit] See also

[edit] External links



28/05/2008
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