Учёные объявили о создании одной из самых детальных и масштабных симуляций ранней Вселенной — проекта под названием Lumina. Она моделирует взаимодействия обычной материи, тёмной материи и излучения в первые 2 миллиарда лет после Большого взрыва, чтобы помочь астрономам интерпретировать данные с передовых инструментов, в том числе JWST и Nancy Roman Space Telescope. Исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, подчеркивает, что сопоставление предсказаний Lumina с наблюдениями позволяет проверить существующие теории эволюции космоса и выявлять области, в которых их нужно уточнять. В работе отмечается, что симуляция позволяет проверить, как хорошо теории объясняют раннюю эволюцию, и искать открытия, способные поставить под сомнение нынешние законы природы.

Lumina достигает масштабов, недоступных ранее проектам: виртуальный Вселенной охватывает куб со стороной примерно 1,5 миллиарда световых лет и является более чем в ста раз объемнее предыдущих программ. Такой охват позволяет проследить крупномасштабную эволюцию космоса и одновременно изучать процессы формирования галактик и связанного с ними окружения — газовых облаков и влияние их активности на окружение. Среды моделирования достаточно широки, чтобы показать общую картину эволюции, не забывая при этом деталей формирования звёзд, галактик и чёрных дыр.

Особый акцент в Lumina сделан на гидродинамику радиационного взаимодействия и на процессе рекомбинации гелия, который в симуляции идёт параллельно с изменениями в окружающей среде. Этот подход впервые позволяет наблюдать, как облучение вырезает электроны из гелиевых атомов и как это влияние проявляется на эволюцию галактик и газа между ними, что даёт новые возможности для изучения связи между образованием звёзд, радиацией и газом во Вселенной. Автор проекта Оливер Зиер подчёркивает, что это важный шаг: теперь можно проследить изменение как водорода, так и гелия на огромном объёме и при этом сохранять разрешение на уровне галактик и ярких объектов.

За мощностими за симуляцией стоят пределы современных суперкомпьютеров: для Lumina команда задействовала более 15 тысяч графических процессоров на Frontier — одном из самых быстрых суперкомпьютеров, размещённом в Oak Ridge National Laboratory в штате Теннесси. Такой объём вычислений позволил смоделировать огромный участок ранней Вселенной без потери детализации, необходимой для исследования отдельных галактик и других важных структур. В результате Lumina описывает как общую эволюцию космоса, так и процессы формирования звёзд, галактик и чёрных дыр.

Помимо реконструкции космической истории, Lumina создаёт рамки для дальнейших исследований механик движения газа между галактиками, влияния остаточного после Большого взрыва излучения и появления регионов с особенно активным звездообразованием. Планируется использовать симуляцию вместе с наблюдениями JWST, Nancy Roman Space Telescope и другими инструментами для составления более полной картины ранних глав космоса. Любые неожиданные расхождения между симулированной и реальной Вселенной могут подсказать, где современные теории нуждаются в уточнении или пересмотре.