Comment les supercalculateurs réécrivent l’histoire des amas globulaires
Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par Paolo Bianchini de l’Observatoire astronomique de Strasbourg, vient de réaliser une avancée majeure dans la compréhension des amas globulaires. Grâce à des simulations numériques, les scientifiques ont reconstitué l’évolution complète de ces amas d’étoiles presque aussi anciens que l’Univers, contribuant à élucider leur mystérieuse origine et leurs propriétés à la naissance.
Les amas globulaires sont des groupements sphériques extrêmement denses, pouvant contenir jusqu’à plusieurs millions d’étoiles liées par la gravité. Formés lors des premières phases de l’Univers, ils sont présents dans la plupart des galaxies, y compris la nôtre.
La Voie lactée abrite aujourd’hui environ 160 amas globulaires, considérés comme de véritables fossiles cosmiques offrant un aperçu unique des conditions qui régnaient il y a près de 13 milliards d’années. Leur étude permet aux astrophysiciens de mieux comprendre la formation des galaxies et l’évolution de l’Univers primordial.
Près de 350 000 heures de calcul
Malgré leur importance, la dynamique des amas globulaires est longtemps restée mal comprise en raison de leur extrême complexité. Modéliser leur évolution nécessite en effet de prendre en compte simultanément : les interactions gravitationnelles entre toutes les étoiles ; les effets gravitationnels de leur environnement externe, comme la galaxie hôte dans laquelle ils orbitent ; ainsi que l’évolution stellaire de la naissance à la mort des étoiles.
Cette complexité, combinée aux limites des ressources de calcul disponibles, rendait jusqu’ici quasi impossible une modélisation réaliste sur des échelles de temps cosmiques. Pour relever ce défi, l’équipe a développé une série de 25 simulations exploitant la puissance du supercalculateur Jean-Zay.
Mobilisant près de 350 000 heures de calculs, ces simulations ont permis de modéliser des amas contenant entre 250 000 et 1,5 million d’étoiles sur une durée allant jusqu’à 13 milliards d’années. Parmi les plus ambitieuses jamais réalisées, elles révèlent que les amas globulaires que nous observons aujourd’hui sont les survivants d’une population initiale profondément transformée par les effets combinés de la dynamique gravitationnelle et de l’évolution stellaire.
De nouvelles perspectives
Les amas globulaires possédaient initialement une forte rotation interne au moins cinq fois plus intense que celle observée aujourd’hui. Cette découverte impose de fortes contraintes sur les mécanismes de formation de ces amas et ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre leur origine
, explique Paolo Bianchini.
Cette avancée ouvre également la voie à l’étude d’autres questions fondamentales en astronomie. Comprendre comment les amas globulaires perdent progressivement leurs étoiles est essentiel pour étudier leur dissolution au sein des galaxies et pour reconstituer l’histoire de la formation des galaxies elles-mêmes. Les amas globulaires sont par ailleurs des sites privilégiés de production de trous noirs, issus de la mort des étoiles massives.
Les auteurs ont bénéficié du soutien financier du programme IdEx « Attractivité » de l’Université de Strasbourg.
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