Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из других организаций представили масштабную компьютерную симуляцию под названием Lumina. Эта модель воспроизводит первые два миллиарда лет эволюции Вселенной, позволяя проследить формирование первых звезд и галактик из начальных неоднородностей распределения вещества, а также изменение состояния межгалактического газа под воздействием излучения. Проект призван помочь исследователям понять процессы, выведшие Вселенную из эпохи космических «тёмных веков», когда реликтовое излучение перестало играть роль основного источника информации и сместилось в микроволновый диапазон.
Для выполнения расчетов исследователи использовали суперкомпьютер Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) в США. На пике нагрузки вычисления задействовали более 100 000 процессорных ядер и около 15 000 графических процессоров. Симуляция охватила кубический участок пространства со стороной примерно 1,63 млрд световых лет и включает около 432 млрд элементов, представляющих тёмную материю и газ. По данным авторов, масштаб моделируемого объема примерно в 100 раз превышает показатели предыдущих симуляций, предназначенных для сопоставимых исследований. В основе Lumina лежит усовершенствованный программный комплекс IllustrisTNG, дополненный моделированием переноса излучения.
Модель позволяет одновременно исследовать гравитационное формирование структур, движение вещества, образование звезд и ионизацию межгалактической среды. Особое внимание уделено двум ключевым этапам космической истории: повторной ионизации водорода под воздействием излучения молодых звезд и галактик, а также последующей ионизации гелия, для которой существенную роль играли активные сверхмассивные черные дыры. Авторы отмечают, что Lumina позволяет изучать эти процессы в единой модели, охватывающей как крупномасштабную структуру Вселенной, так и отдельные формирующиеся галактики. Полученные результаты можно будет сопоставлять с наблюдениями космического телескопа «Джеймс Уэбб» и будущего телескопа «Роман», проверяя модели раннего звездообразования и эволюции галактик. При этом симуляцию нельзя назвать прямой реконструкцией прошлого: она рассчитывает вероятную эволюцию космических структур на основе физических моделей и заданных начальных условий. Модель будет полностью открыта для ученых, что ожидается с 2028 года.
