La création d’un univers virtuel complet

La création d’un univers virtuel complet

Une équipe de chercheurs a généré notre univers entier dans une simulation virtuelle et l’a mise gratuitement à disposition du public sur Internet.

Uchuu (qui signifie « espace extérieur » en japonais) est la simulation de l’Univers la plus grande et la plus réaliste jamais conçue à ce jour. Elle rassemble 2,1 trillions (21 000 milliards) de particules individuelles dans un cube virtuel d’une dimension sans précédent : 9,63 milliards d’années-lumière. Pour donner un ordre de grandeur, cela représente environ les trois quarts de la distance entre la Terre et les galaxies observées les plus éloignées de notre univers.

La simulation Uchuu, outre qu’elle est très jolie à regarder (voir vidéo ci-dessous), va aider les chercheurs à étudier l’évolution de l’Univers à un niveau de détail encore inconcevable il y a peu. En se concentrant sur la structure de l’Univers à grande échelle, elle permet de prédire le comportement des mystérieux halos de matière noire qui contrôlent non seulement la formation des galaxies, mais aussi l’évolution de l’Univers tout entier.

La simulation d’univers la plus vaste et la plus détaillée à ce jour

La dernière simulation Uchuu, décrite dans un article publié récemment sur le serveur de préimpression arXiv, est la plus grande et la plus détaillée des simulations d’univers jamais réalisées. Elle contient 2,1 billions de « particules » (12800³) dans un espace de 9,6 milliards d’années-lumière.

La simulation modélise l’évolution d’un univers virtuel sur plus de 13 milliards d’années. Elle ne se concentre pas sur la formation des étoiles et des planètes, mais étudie plutôt le comportement de la matière noire dans un univers en expansion. Cependant, « les prochaines versions comprendront des cartes de lentilles gravitationnelles et des catalogues de galaxies fictives, d’amas de rayons X et de noyaux actifs de galaxie », écrivent les chercheurs dans leur document.

Le niveau de détail d’Uchuu est suffisamment élevé pour que l’équipe puisse identifier l’ensemble des objets cosmiques connus, des amas de galaxies aux halos de matière noire des galaxies individuelles. Comme la matière noire constitue la majeure partie de la matière de l’Univers, elle est le principal moteur de la formation des galaxies et des amas.

Comme vous pouvez l’imaginer, la puissance de calcul et la capacité de stockage nécessaires pour créer un modèle aussi détaillé sont ahurissantes. L’équipe a utilisé le superordinateur japonais spécialement conçu pour l’astronomie ATERUI II, qui possède plus de 40 000 coeurs. Pour un ordinateur commun, un total de 20 millions d’heures de calcul aurait été nécessaire pour générer la simulation, produisant plus de 3 pétaoctets de données (3000 téraoctets).

Une simulation à télécharger ou à faire tourner en ligne

La précision de Uchuu s’arrête toutefois à l’échelle des galaxies. La simulation ne montre pas la formation des étoiles ou des planètes. Elle se concentre sur la façon dont la matière noire influence les grandes structures de notre Univers.

Autre point remarquable, l’équipe internationale qui a développé Uchuu a souhaité rendre la simulation accessible à tous. En utilisant une méthode de compression haute densité pour réduire l’espace occupé par les données à seulement 100 téraoctets. Des disques durs capables de recevoir autant de données existent. Mais ils coûtent cher. De l’ordre de 35.000 euros. Et ça, ce n’est pas accessible à tous. Heureusement, il est aussi possible d’accéder aux données de Uchuu en ligne. De quoi explorer à volonté cet incroyable univers virtuel sans mettre la main à la poche.

Pour aller plus loin : Astronomie

3000 téraoctets de données (soit 360 000 films HD)

Cela représente 3000 To (soit 3 millions de Go, ou 360 000 films HD). Grâce à une compression à haute densité, l’équipe a toutefois réussi à compresser les données dans un espace de stockage de 100 To seulement. Cela reste certes impressionnant, mais ça a l’avantage d’être stockable sur un seul disque. Vous pouvez accéder aux données via GitHub (liens sur skiesanduniverses.org), où l’équipe d’Uchuu a téléversé ses données brutes.

En plus d’être une simulation cosmique détaillée, Uchuu peut être utilisée par tout astrophysicien nécessitant des données de simulation. Au fur et à mesure que de grandes études du ciel et d’autres simulations seront créées, les données deviendront si volumineuses que les technologies d’extraction et de compression des données joueront un rôle crucial dans la recherche en astrophysique.

L’équivalent de 900 millions de photos haute définition

Cet outil essentiel pour étudier le cosmos a été rendu possible par Aterui II, le superordinateur le plus puissant au monde dédié à l’astronomie. « Nous avons utilisé la totalité des 40 200 processeurs d’Aterui II, 48 heures par mois, pour générer Uchuu sous la forme de 3 pétaoctets de données (soit 3 millions de milliards d’octets) », précise Tomoaki Ishiyama, professeur associé à l’Université Chiba, au Japon. Imaginez-vous prendre 900 millions de photos avec votre smartphone de 12 mégapixels et vous aurez une idée de l’envergure de la simulation.

Heureusement, Uchuu a pu être comprimé et ne pèse plus « que » 100 téraoctets, librement téléchargeables par les astronomes (et le public) via le cloud. Plus sérieusement, Uchuu aidera grandement les scientifiques dans les années à venir pour interpréter les relevés bien réels des galaxies qui seront observées par le télescope japonais Subaru ou encore la mission spatiale européenne Euclide.

Lea LAMBERT

Elle est photographe professionnelle. Elle souhaite partager son amour de la photo à travers différentes illustrations de nos articles. Léa adore la région nantaise et ses paysages. Son expertise est un atout pour notre équipe.