Des chercheurs du MIT, de Harvard et d’établissements partenaires ont présenté Lumina, une simulation des deux premiers milliards d’années de l’Univers. Le MIT a annoncé ces travaux le 26 octobre, parallèlement à leur publication dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ce modèle permet de tester comment les premières galaxies ont transformé le gaz environnant.
Selon l’étude, Lumina suit matière noire, gaz et rayonnement dans un cube de 500 mégaparsecs de côté, avec des coordonnées tenant compte de l’expansion cosmique. Le Smithsonian décrit un volume plus de 100 fois supérieur à celui des simulations comparables précédentes. L’intérêt réside dans l’association d’une vaste région et de détails permettant d’étudier les galaxies en formation.
L’équipe a effectué les calculs sur le supercalculateur Frontier, au laboratoire national d’Oak Ridge, dans le Tennessee. Selon le MIT, la simulation commence environ 45 millions d’années après le Big Bang. Elle suit la matière qui s’assemble en structures et le rayonnement traversant le gaz, reliant la formation galactique aux changements de l’Univers environnant.
Un enjeu central est la réionisation, lorsque le rayonnement arrache des électrons aux atomes ou aux ions. L’étude relie celle de l’hydrogène surtout aux premières étoiles et galaxies. Le rayonnement énergétique de trous noirs absorbant de la matière retire ensuite l’électron restant de l’hélium déjà ionisé une fois. Modéliser les deux étapes aide à examiner l’évolution et le réchauffement du gaz cosmique.
Le Smithsonian indique que les observations télescopiques permettront de tester les prédictions. Il s’agit d’histoires simulées plutôt que d’images directes de l’Univers ancien. L’étude relève des limites, dont l’absence de modélisation de la première population stellaire sans métaux. Les recherches futures exploreront les flux de gaz et les structures cosmiques, pour déterminer où les calculs concordent avec les observations et où les affiner.
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