Une nouvelle simulation informatique appelée Lumina modélise l’Univers entre 50 et 200 millions d’années après le Big Bang et retrace la manière dont les premières étoiles et les premiers trous noirs ont contribué à mettre fin aux âges sombres cosmiques. Les travaux ont été publiés dans le numéro de novembre des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Les âges sombres cosmiques ont commencé après que l’Univers s’est suffisamment refroidi pour que les électrons se combinent à l’hydrogène et à l’hélium, formant un gaz neutre. En l’absence d’étoiles ou de galaxies produisant de la lumière, le cosmos primordial est entré dans une période sombre que les scientifiques comprennent moins bien que le Big Bang et ses suites immédiates.
Lumina suit l’époque de la réionisation, durant laquelle le rayonnement a arraché leurs électrons à l’hydrogène et à l’hélium. Le processus s’est déroulé de manière inégale : les premières étoiles pouvaient ioniser l’hydrogène et retirer un électron à l’hélium, tandis que le rayonnement provenant des trous noirs supermassifs en formation était nécessaire pour retirer le deuxième électron de l’hélium. La simulation montre des bulles ionisées qui s’étendent autour de grandes structures, alors que de vastes régions demeurent neutres.
Selon les chercheurs, Lumina compte parmi les simulations les plus vastes et les plus détaillées de cette période. Elle couvre 1,5 milliard d’années-lumière de chaque côté et comprend 200 millions de galaxies, tout en permettant aux chercheurs d’examiner l’évolution de galaxies individuelles. Son volume est plus de 100 fois supérieur à celui des simulations comparables, selon le communiqué du projet.
L’équipe a utilisé le superordinateur Frontier du laboratoire national d’Oak Ridge pour créer le modèle. Le projet a nécessité environ 600 téraoctets de mémoire et près de six mois de calcul. Son ampleur et son niveau de détail devraient aider les scientifiques à confronter les théories aux observations du Télescope spatial James Webb et du télescope spatial Nancy Grace Roman.
L’auteur principal, Oliver Zier, astrophysicien spécialisé en calcul au Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, a déclaré que la comparaison des observations des télescopes avec les simulations pourrait aider les chercheurs à étudier le nombre étonnamment élevé de galaxies brillantes observées dans l’Univers primordial. Le JWST peut examiner en détail des objets individuels, tandis que Roman devrait cartographier des zones beaucoup plus vastes du ciel et repérer des échantillons plus étendus de galaxies rares et brillantes.
Lumina s’appuie sur des modèles informatiques antérieurs du cosmos, notamment IllustrisTNG, qui a servi de fondement au projet. Les chercheurs espèrent que la simulation aidera les astronomes à mieux comprendre comment les premières structures lumineuses se sont formées et comment l’Univers est sorti de sa longue période d’obscurité.
Sources: Smithsonian Magazine.