• PROBLEME PHYSIQUE: comprendre l'origine de l'organisation de la matière dans l'univers à grande échelle et la formation des galaxies

 
• OBSERVATIONS: fluctuations primordiales de l'univers, répartition et analyse statistique des galaxies.

 
• EQUATIONS: Equ. de Vlasov-Poisson pour la matière noire et hydrodynamique pour le gaz; chocs et processus radiatifs

 
• EXPERIENCES NUMERIQUES: évolution d'une tranche d'univers de taille typique de quelques centaines de Mégaparsecs cube

 
• CONCLUSION: ces expériences montrent en détail pourquoi les modèles à fragmentation doivent être éliminés et les modèles à structuration hiérarchique (les petites condensations viennent d'abord, et fusionnent ensuite) sont meilleurs. Elles contraignent ainsi la nature de la matière noire dans l'Univers, que l'on pense être non relativiste (c'est-à-dire froide) très tôt dans l'histoire de l'univers.

 
• REFERENCE: Simulation numériques en cosmologie. Des grandes structures aux galaxies, J.-M. Alimi, J.-P. Chieze, R. Teyssier, A. Serna, E. Audit, Calculateurs Parallèles, réseaux et systèmes répartis,

Volume 11 Numero 3 page 255 (1999)

Le premier FILM (mpeg, 6 Mo) montre l'évolution de la matière noire à partir de faibles fluctuations jusqu'à notre époque, dans une tranche large de notre univers observable.

On observe que la matière forme des condensations le long de filaments: les amas de galaxies sont situés aux noeuds de ces filaments.

Dans les deux premiers cas, les petites échelles (les grumeaux) se forment d'abord, et les grandes échelles (les filaments) ensuite. Dans le troisième cas, les filaments se forment d'abord. Ce cas correspond moins bien à la structure de l'univers réel. On en déduit que les conditions initiales des deux premiers cas (avec matière noire froide, ou CDM) sont plus proches de la réalité.

L'introduction d'une constante cosmologique permet d'accentuer la formation de grandes structures de la même façon qu'une composante réduite de particules chaudes.

Le deuxième FILM (gif, 8 Mo) montre un instantané de la distribution de matière ainsi obtenue: on tourne autour de la portion d'univers.

Remarque: la matière noire (invisible) est un ingrédient indispensable pour la formation des très grandes structures de l'univers. Sans elle, on a du mal à former ces îlots de matière concentrée que sont les galaxies: l'univers resterait à l'état de gaz (presque) uniformément dilué.

La matière noire est d'une nature encore inconnue. La matière noire utilisée ici entraîne la matière ordinaire (baryons) non par les collisions mais parce qu'elle modifie le champ de gravitation.