麻省理工学院、哈佛大学以及其他合作机构的研究人员推出了名为Lumina的宇宙学计算机模拟，研究范围涵盖宇宙诞生后的最初二十亿年。麻省理工学院于10月26日公布这项工作，研究论文同日在《皇家天文学会月刊》发表。对于研究早期宇宙的天文学家来说，这一模型提供了检验理论的工具：他们可以通过计算探索早期星系如何改变周围气体，把星系形成及其对环境的影响放在一起研究。这也使关于早期星系与气体关系的理论能够转化为明确的模型预测，供后续天文研究对照。
根据研究论文，Lumina同时追踪暗物质、气体和辐射，模拟空间是一个每条边长五百兆秒差距的立方体。这里使用的是考虑了宇宙膨胀的坐标，描述尺度时需要保留这一条件。史密森学会表示，该模拟覆盖的空间体积超过此前同类模拟的一百倍。其科学价值在于将两种能力结合起来：一方面覆盖极其广阔的宇宙区域，另一方面保留足够的局部细节，让研究人员能够考察其中正在形成和发展的星系。
团队在美国田纳西州橡树岭国家实验室的“前沿”超级计算机上运行这些计算。按照麻省理工学院的介绍，模拟的起点设在大爆炸之后约四千五百万年。在随后的演化计算中，模型追踪物质如何聚集起来、逐步形成结构，同时计算辐射怎样在气体中传播，以及它如何与周围物质发生相互作用。这样的处理把星系的形成和周围宇宙环境的变化联系起来，使研究人员能在同一个计算框架内观察这些过程的共同演变。物质结构的变化和辐射的传播因此不是彼此分开的背景，而是模拟所追踪的相互关联的演化内容。
模型重点研究的过程之一是再电离，即辐射使原子或者离子失去电子的过程。研究把氢的再电离主要与早期恒星和星系产生的辐射联系起来。对于之后的氦再电离阶段，关键作用则来自正在吸积物质的黑洞所释放的高能辐射：已经失去一个电子的氦在这一过程中进一步失去剩余的电子。将两个阶段都纳入模拟，有助于研究人员考察宇宙气体如何改变状态、如何被加热，并分析不同辐射来源在这段演化历史中的作用。
史密森学会表示，研究人员将通过与望远镜观测结果进行比较，检验模型给出的预测。这里呈现的是通过计算得到的宇宙演化历史，并不是直接拍摄到的古代宇宙影像，因此预测仍然需要实际观测来检验。论文承认模型存在局限，其中包括没有对最早一代不含金属的恒星群体进行建模。接下来的研究将探索星系间的气体流动以及宇宙结构，检查计算在哪些方面能够与观测相符，又在哪些方面存在差异、需要进一步修正和完善。这些比较将帮助判断模型如何解释望远镜所见的宇宙，也能指出未来计算应当改进的方向。
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