Des scientifiques ont dévoilé les premiers résultats de Lumina, une simulation numérique géante qui reconstitue les deux premiers milliards d’années de l’univers. Conçue par des chercheurs de l’Université de Harvard et du Massachusetts Institute of Technology, la modélisation couvre un volume cent fois supérieur aux précédentes simulations pour étudier la fin de l’âge sombre cosmique.
La simulation suit l’évolution simultanée de la matière noire, du gaz, des étoiles et du rayonnement à travers un cube virtuel de 500 mégaparsecs de côté, soit environ 1,6 milliard d’années-lumière. L’ensemble des données numériques est programmé pour une publication complète d’ici 2028.
Parmi les co-auteurs rattachés au MIT figurent Xuejian (Jacob) Shen et Teodora-Elena Bluichi.
Une puissance de calcul sans précédent sur le supercalculateur Frontier
Le système intègre pas moins de 432 milliards d’éléments de résolution, arrondis à environ un demi-trillion de cellules et de particules de matière noire.
Au maximum de sa capacité, le calcul rassemble l’équivalent de plus de 100 000 cœurs de processeur et d’environ 15 000 processeurs graphiques (GPU)
Xuejian (Jacob) Shen, MIT
L’architecture de calcul doit maintenir la synchronisation entre des centaines de milliers de processeurs. Making all of those processors communicate efficiently while continuously evolving trillions of interacting pieces of information is itself an extraordinary feat of computer engineering
, a souligné Shen.
La réionisation de l’hydrogène et de l’hélium sous l’œil de Lumina
Lumina prend sa source environ 45 millions d’années après le Big Bang, au cœur des âges sombres où l’hydrogène neutre remplissait l’espace. En couplant un modèle de formation de galaxies avec un modèle de transport du rayonnement, les astrophysiciens permettent de suivre les flux lumineux émis par les étoiles à travers l’univers.
Cette approche permet à la simulation de capturer pour la première fois deux mutations majeures de l’histoire cosmique : la réionisation de l’hydrogène et celle de l’hélium. Mark Vogelsberger, professeur de physique au MIT, précise la portée de l’outil :
Lumina réalise tout, de la formation d’étoiles et de galaxies à petite échelle jusqu’à la réionisation à grande échelle de l’hydrogène et de l’hélium, dans un volume 100 fois supérieur à celui des meilleures simulations précédentes
Mark Vogelsberger, professeur de physique au MIT
Les résultats indiquent que la réionisation de l’hydrogène survient lorsque les premières étoiles parviennent à émettre suffisamment de lumière ultraviolette pour interagir avec l’hydrogène neutre et l’amputer de son électron. La simulation permet également de zoomer à des niveaux d’échelle inédits, le modèle offrant une amplitude de résolution entre les plus petites et les plus grandes structures supérieure à celle de toute autre simulation.
Perspectives pour les observations astronomiques futures
En zoomant depuis l’échelle globale de l’univers virtuel jusqu’au détail d’une galaxie en développement, la simulation montre comment la matière s’assemble et comment les structures se développent. Les chercheurs notent que les capacités de projection à grande échelle de la plateforme permettront bientôt de comparer directement les résultats numériques avec les données collectées par les nouveaux télescopes.
Ces comparaisons offrent aux scientifiques l’occasion de tester et d’ajuster leurs hypothèses physiques face à la complexité des données réelles.