L'Univers primordial ne ressemblait pas à un étang tranquille, mais à un chaudron bouillonnant. La matière s'y écoulait, entrait en collision, tourbillonnait – et tout cela sur fond d'expansion rapide de l'espace lui-même. Pour comprendre comment les étoiles et les galaxies sont nées de cette soupe chaude, les physiciens construisent des simulations numériques.
Ce nouveau travail est la troisième partie d'une série sur les méthodes de simulation sur réseau du cosmos. Les deux premières étaient consacrées aux champs, celle-ci aux fluides. Les auteurs décomposent pas à pas comment traduire les lois de l'écoulement des fluides dans le langage d'un réseau informatique, lorsque la scène elle-même – l'Univers en expansion – n'est pas immobile. Ils examinent quatre scénarios : un fluide parfait sans frottement, un fluide visqueux, un fluide mélangé à d'autres champs, et un fluide qui échange de l'énergie avec des champs scalaires (des champs qui n'ont qu'un seul nombre en chaque point de l'espace).
La principale victoire technique réside dans les algorithmes qui ne perdent pas en précision lors de l'expansion de l'espace. Ils préservent les symétries de la théorie jusqu'à la précision machine, ce qui est crucial lorsqu'on calcule, par exemple, la naissance des ondes gravitationnelles. Ces ondes – des ondulations dans le tissu de l'espace-temps – auraient dû être générées par les processus violents de l'Univers primordial, et on pourra désormais les calculer de manière honnête, en tenant compte de tous les effets fluides.
Ainsi, le chaudron numérique devient de plus en plus réaliste. Les scientifiques pourront plonger dans ces époques où l'Univers avait moins d'une seconde, et voir comment les premiers flux de matière ont laissé des traces qui parviennent jusqu'à nos détecteurs aujourd'hui.
Dans l'Univers primordial, la matière était si chaude et si dense que même les neutrons et les protons ne pouvaient pas exister – tout était une « soupe » de quarks et de gluons qui s'écoulait presque sans frottement.