Une équipe internationale vient de publier Lumina, une simulation qui reconstitue les deux premiers milliards d’années de l’Univers avec un niveau de détail inédit à cette échelle. Le calcul a mobilisé environ 15 000 GPU et 100 000 cœurs de processeur sur le supercalculateur Frontier. Son objectif : suivre ensemble la matière noire, le gaz, les étoiles, les galaxies et le rayonnement qui a progressivement dissipé le brouillard cosmique.
Un cube cosmique peuplé d’un demi-billion d’éléments
Lumina démarre environ 45 millions d’années après le Big Bang. La simulation couvre un cube de 500 mégaparsecs de côté, soit près de 1,6 milliard d’années-lumière, et suit environ un demi-billion d’éléments individuels. Cette population comprend des particules représentant la matière noire et des cellules de gaz dont l’évolution dépend de la gravité, du refroidissement, de la formation des étoiles et de l’énergie libérée par les objets les plus actifs.
Les chercheurs annoncent une résolution environ 30 fois supérieure à celle d’IllustrisTNG, l’une des grandes simulations cosmologiques de référence, dans un volume cent fois plus vaste que celui des précédents calculs comparables consacrés à cette période. Ces deux dimensions comptent : un grand volume contient des objets rares, tandis qu’une résolution élevée permet de décrire plus finement les galaxies qui produisent le rayonnement.
Hydrogène et hélium sortent ensemble des âges sombres
Après le Big Bang, l’Univers s’est refroidi jusqu’à devenir rempli d’hydrogène neutre. Cette matière absorbait une grande partie de la lumière ultraviolette. L’apparition des premières étoiles et des premières galaxies a ensuite arraché des électrons aux atomes : c’est la réionisation, une transition majeure qui a rendu progressivement le cosmos transparent au rayonnement que les télescopes peuvent aujourd’hui observer.
Lumina est présentée comme la première simulation de cette ampleur capable de suivre simultanément la réionisation de l’hydrogène et celle de l’hélium. Les calculs attribuent l’essentiel de la première aux étoiles et aux galaxies. La seconde serait davantage alimentée par des trous noirs supermassifs en pleine croissance, dont la matière chauffée produit un rayonnement beaucoup plus énergétique.
Cette distinction donne aux astronomes des signatures à rechercher. La distribution du gaz ionisé, la température du milieu intergalactique et la population des galaxies les plus anciennes doivent laisser des traces observables. Les cartes de Lumina pourront être comparées aux relevés réels, notamment ceux du télescope James-Webb. Nous avons déjà présenté la cartographie de plus de 164 000 galaxies par le programme COSMOS-Web, un exemple des catalogues capables de mettre les modèles à l’épreuve.
Une publication évaluée par les pairs, pas une observation directe
Les résultats paraissent dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, une revue scientifique avec évaluation par les pairs. Une prépublication du travail était disponible depuis mai 2026 ; la nouveauté du 26 octobre tient à la publication dans la revue et à la présentation détaillée de la simulation par les institutions participantes.
L’équipe veut utiliser Lumina comme un univers virtuel dans lequel les astronomes peuvent préparer leurs observations. Il devient possible de simuler ce que James-Webb ou le futur télescope spatial Nancy-Grace-Roman devraient détecter, puis de confronter ces prédictions au ciel réel. Le calcul peut aussi explorer les signaux gravitationnels produits par les fusions de trous noirs massifs au début de l’histoire cosmique.
La présentation du MIT insiste sur l’accord recherché avec plusieurs familles d’observations, mais un tel accord ne prouverait pas que la simulation reproduit l’unique déroulement réel de l’Univers. Des combinaisons différentes de paramètres peuvent parfois aboutir à des structures ressemblantes. Les futures données serviront surtout à éliminer des scénarios, resserrer les incertitudes et identifier les phénomènes que le modèle doit encore mieux représenter.
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