Марк Фогельсбергер, профессор физики в MIT, заявил: «Модель Lumina охватывает всё: от формирования звёзд и галактик в малых масштабах до крупномасштабной реионизации водорода и гелия — в объёме, который в 100 раз превышает объём предыдущих лучших симуляций».
Международная группа исследователей разработала компьютерную модель Lumina, воссоздающую первые 2 миллиарда лет эволюции вселенной в области космического пространства шириной около 1,6 миллиарда световых лет.
Проект охватывает регион в 500 мегапарсек, отслеживая темную материю, газ, звезды и излучение. Модель объемом в 100 раз превосходит предыдущие ведущие симуляции и обладает примерно в 30 раз большим разрешением, чем IllustrisTNG, содержа около полутриллиона индивидуальных элементов, как сообщается в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Мощные обсерватории, такие как космический телескоп NASA имени Джеймса Уэбба, предоставляют исследователям изображения галактик, сформировавшихся в период молодости вселенной, однако новейшие суперкомпьютерные симуляции помогают заполнить пробелы в загадочной ранней истории космоса.
Исследование, опубликованное 26 октября 2026 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, может помочь ответить на фундаментальные вопросы о событиях, последовавших за Большим взрывом.
Для реализации столь масштабных расчетов ученые задействовали суперкомпьютер Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж в штате Теннесси, который входит в число наиболее производительных вычислительных систем в мире.
Создание столь масштабной и детальной виртуальной вселенной потребовало колоссальных вычислительных мощностей при поддержке программ передовых научных вычислительных исследований в Управлении науки Министерства энергетики США.
Сюэцзянь (Джейкоб) Шэнь, соавтор исследования из MIT, сообщил, что на создание масштабной модели ушло почти три года, а для обеспечения необходимой вычислительной мощности на суперкомпьютере Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж в штате Теннесси было задействовано более 15 000 графических процессоров.
Мощности этого оборудования потребовались для непрерывного вычисления триллионов взаимодействующих частиц и эффективного обмена данными между процессорами в течение почти трех лет работы.
В состав авторского коллектива исследования вошли Оливер Цир (Oliver Zier), работавший первым автором и являющийся бывшим постдоком в лаборатории Фогельсбергера, а также Ронгронг Лю (Rongrong Liu), Соня Келер (Sonja Koehler) и Ларс Хернквист (Lars Hernquist) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
Среди соавторов также указаны Аарон Смит (Aaron Smith) из Техасского университета в Далласе, Рахул Каннан (Rahul Kannan) из Йоркского университета в Канаде, Фолькер Шпингель (Volker Springel) и Рюдигер Пакмор (Rüdiger Pakmor) из Института астрофизики Общества Макса Планка в Германии, а также Теодора-Елена Буличи (Teodora-Elena Bulichi).
Симуляция впервые одновременно воспроизводит процессы реионизации водорода и гелия в ранней вселенной, предоставляя ученым виртуальный архив космической эволюции для сопоставления с наблюдениями телескопов.
Ультрафиолетовое излучение от первых звезд и галактик лишало нейтральные атомы водорода электронов, делая пространство прозрачным для света. В то же время активные сверхмассивные черные дыры обеспечивали излучение высокой энергии, необходимое для ионизации гелия.
Ведущий автор исследования Оливер Цир, научный сотрудник института теории и вычислений в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс, отметил масштабы проекта, охватывающего более чем в 100 раз больший объем пространства по сравнению с предыдущими симуляциями.
Оливер Цир, научный сотрудник Института теории и вычислений в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики, отметил: «Благодаря JWST ранняя вселенная стала захватывающим новым рубежом в астрофизике».
Как отметил Джулиан Муньос (Julian Muñoz), доцент кафедры астрономии Техасского университета в Остине, не принимавший участия в данном исследовании, Lumina представляет собой впечатляющее техническое достижение.
По словам Муньоса, существующие симуляции формирования первых галактик и ионизации ранней вселенной обычно охватывают лишь сравнительно небольшие участки космоса в течение ограниченного времени из-за высокой стоимости вычислений, в то время как новая модель превосходит их как по габаритам, так и по длительности расчетного периода.
Полученные прогнозы ученые планируют сопоставлять с реальными данными космического телескопа JWST и телескопа имени Нэнси Грейс Роман.
Как рассказал Цир изданию CTV News: «Но на самом деле гораздо интереснее, если они не совпадают, потому что это означает, будто в нашей модели чего-то не хватает, а это может дать подсказки о недостающей физике».
Продолжение темы
