Une équipe de chercheurs présente Lumina, une simulation cosmique couvrant un cube d’environ 1,5 milliard d’années-lumière de côté, dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Conçue comme un banc d’essai, elle doit aider à confronter les prédictions théoriques aux observations du JWST, du télescope Nancy Grace Roman et d’autres instruments.
D’après la description de l’équipe, Lumina couvre un volume plus de 100 fois supérieur à celui des simulations comparables précédentes. Sa région est un cube d’environ 1,5 milliard d’années-lumière de côté, soit à peu près l’échelle que peuvent observer les télescopes les plus puissants d’aujourd’hui. La boîte mesure 500 mégaparsecs comobiles de côté, avec une résolution de 2×6000³ éléments, précise la description technique. Ces éléments représentent des cellules de gaz et des particules de matière noire.
La simulation suit l’évolution couplée des galaxies, des trous noirs et du gaz intergalactique au cours de la réionisation de l’hydrogène et de l’hélium. Selon les chercheurs, Lumina est aussi la première simulation à modéliser la réionisation de l’hélium telle qu’elle s’est déroulée, tout en répercutant immédiatement ses effets sur l’évolution de l’univers simulé. La réionisation correspond à la période où le rayonnement ultraviolet des premières étoiles et des trous noirs en croissance a arraché des électrons aux atomes. Les régions ionisées se sont étendues dans l’espace et ont fusionné, à la manière de bulles.
« Pour la première fois, nous pouvons observer comment l’hydrogène et l’hélium ont pris leur forme actuelle sur un volume d’univers aussi immense, tout en résolvant les galaxies et les autres objets lumineux qui sont à l’origine de cette transformation », a déclaré le coauteur Aaron Smith, professeur assistant de physique à l’Université du Texas à Dallas.
Le supercalcul derrière le modèle
La simulation a tourné sur plus de 15 000 processeurs graphiques (GPU) de Frontier, l’un des supercalculateurs les plus rapides du monde, installé au laboratoire national d’Oak Ridge, dans le Tennessee. La puissance de calcul a permis à l’équipe de modéliser un très grand volume tout en conservant suffisamment de détails pour étudier la formation des galaxies, des étoiles et des trous noirs.
Le projet a déjà donné lieu à de nouveaux travaux. Dans un préprint de mai 2026 dirigé par Smith, l’équipe a utilisé Lumina pour calculer l’effet d’une réionisation inhomogène sur le fond diffus cosmologique. Selon ce préprint, l’équipe a constaté que la profondeur optique moyennée le long des lignes de visée était supérieure d’environ 7 % à la valeur déduite d’une histoire globale pondérée par le volume.
Un banc d’essai pour les futurs télescopes
L’équipe a conçu Lumina comme une plateforme destinée à tester des hypothèses. Les prochaines études porteront sur la façon dont le gaz circule entre les galaxies et sur la formation des régions de forte activité stellaire.
Les travaux offrent aux astronomes un moyen de confronter les observations du télescope spatial James Webb (JWST), du télescope spatial Nancy Grace Roman et d’autres instruments aux prédictions théoriques. Lorsque les deux divergent, les théories actuelles de l’évolution cosmique pourraient devoir être révisées.
« Grâce au JWST, l’Univers primordial est devenu une nouvelle frontière passionnante de l’astrophysique », a indiqué le premier auteur, Oliver Zier, chercheur associé de l’ITC (Institute for Theory and Computation) au centre. « Après plusieurs années de travail, avec leur lot de hauts et de bas, c’est extrêmement gratifiant de voir les résultats de la simulation et de regarder nos prédictions prendre vie en vidéo ».
