Pour simuler la naissance des galaxies, les cosmologistes doivent d’habitude choisir entre un grand volume d’espace en basse résolution et un petit coin très détaillé. Dans un communiqué publié ce lundi 26 octobre, le MIT présente Lumina, une simulation qui fait les deux pour les deux premiers milliards d’années de l’Univers. Elle suit la matière noire, le gaz, les étoiles et la lumière dans un cube d’environ 1,6 milliard d’années-lumière de côté, et peut zoomer jusqu’à une galaxie isolée.
Mark Vogelsberger, professeur de physique au MIT et coauteur de l’étude parue dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, parle d’un volume 100 fois plus grand que celui des meilleures simulations précédentes.
Un supercalculateur pour sortir de l’âge sombre
Pour faire tourner Lumina, l’équipe a utilisé Frontier, l’un des supercalculateurs les plus puissants du monde, installé au laboratoire national d’Oak Ridge, dans le Tennessee. Au plus fort du calcul, la machine a mobilisé l’équivalent de plus de 100 000 cœurs de processeur et environ 15 000 GPU, ces puces graphiques faites pour mener des milliers de calculs en parallèle. Il en fallait autant, car la simulation manipule 500 milliards d’éléments, des particules de matière noire et des cellules de gaz. Sa résolution est 30 fois plus fine que celle d’IllustrisTNG, le modèle développé notamment au MIT dont elle reprend le code.
Le calcul démarre 45 millions d’années après le Big Bang, en plein « âge sombre », quand l’hydrogène neutre empêchait encore la lumière de circuler. Lumina suit ensuite la réionisation de l’hydrogène, c’est-à-dire le moment où les ultraviolets des premières étoiles arrachent leur électron aux atomes et laissent enfin passer la lumière. Puis vient celle de l’hélium, alimentée par des trous noirs supermassifs en train d’avaler de la matière. Selon le MIT, aucune simulation n’avait encore capturé ces deux étapes ensemble.
Lumina est ouverte à toute la communauté scientifique, qui peut désormais comparer ses prédictions aux images de galaxies anciennes renvoyées par les télescopes James Webb et Nancy Grace Roman. Des vidéos, dont un zoom qui part du cube entier pour arriver à une seule galaxie en forme de disque, sont déjà visibles sur le site du projet.
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