Simulasi Lumina Hadirkan Alam Semesta Awal dalam Skala Rekor

Para astronom mendapatkan alat baru untuk menelusuri babak paling awal alam semesta. Peneliti di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian mengembangkan "Lumina", salah satu simulasi alam semesta awal terbesar dan paling rinci yang pernah dibuat.

Simulasi itu dipublikasikan di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Model tersebut merekonstruksi bagaimana materi biasa, materi gelap, dan radiasi saling berinteraksi selama 2 miliar tahun pertama usia alam semesta, sehingga memberi ilmuwan sarana untuk menguji teori tentang bagaimana kosmos berevolusi setelah big bang.

Dengan membandingkan pengamatan dari James Webb Space Telescope (JWST), Nancy Roman Space Telescope, dan teleskop lain dengan prediksi Lumina, astronom dapat menentukan apakah pemahaman mereka tentang hukum yang mengatur alam semesta masih akurat atau apakah temuan baru menuntut teori yang ada dipikirkan ulang.

Selama berabad-abad, astronom mengamati langit malam dan menyusun model yang makin canggih untuk menjelaskan bagaimana bintang, galaksi, dan struktur kosmik lain terbentuk. Kini simulasi superkomputer memungkinkan peneliti mengubah teori itu menjadi prediksi yang rinci. Ketika pengamatan sesuai dengan prediksi, keyakinan terhadap teori yang ada meningkat. Ketika tidak sesuai, ilmuwan memperoleh peluang menemukan wawasan baru tentang cara kerja alam semesta.

"Dengan JWST, alam semesta awal telah menjadi frontier baru yang menarik dalam astrofisika," kata penulis utama Oliver Zier, ITC fellow di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. "Untuk memahami apa yang kita lihat dengan teleskop ini, kita perlu menerjemahkan teori kita menjadi prediksi yang rinci. Setelah beberapa tahun bekerja, dengan banyak lika-liku, sangat memuaskan bisa melihat hasil simulasi dan menyaksikan prediksi kita hidup dalam video."

Reionisasi dalam skala yang belum pernah ada

Lumina merupakan simulasi radiation-hydrodynamics kosmologis terbesar yang pernah dibuat. Simulasi jenis ini memodelkan bagaimana bahan-bahan dasar alam semesta, termasuk gas, materi gelap, dan cahaya, berinteraksi untuk membentuk bintang dan galaksi. Lumina mengikuti 2 miliar tahun pertama sejarah kosmik, melacak bagaimana galaksi-galaksi paling awal muncul dan mengubah wilayah gas yang luas di antaranya.

Simulasi ini mencakup volume ruang lebih dari 100 kali lipat volume yang dimodelkan simulasi sebanding sebelumnya. Lumina juga menjadi yang pertama menangkap reionisasi helium saat peristiwa itu berlangsung, sekaligus memungkinkan efeknya langsung memengaruhi alam semesta yang sedang berevolusi di dalam model. Cakupannya meliputi wilayah yang setara kubus berukuran sekitar 1,5 miliar tahun cahaya pada setiap sisinya, sebanding dengan skala yang dapat diamati teleskop paling kuat saat ini.

"Kami merasa sangat beruntung dapat membangun simulasi seperti Lumina," kata Aaron Smith, asisten profesor fisika di University of Texas at Dallas dan salah satu penulis makalah. "Untuk pertama kalinya, kami dapat mengikuti perubahan hidrogen dan helium ke bentuk modernnya di seluruh volume alam semesta yang sangat besar, sambil tetap menangkap detail galaksi dan objek bercahaya lain yang mendorong perubahan itu."

Daya superkomputer Frontier

Pembuatan Lumina membutuhkan lebih dari 15.000 unit pemrosesan grafis (GPU) yang dijalankan pada Frontier, salah satu superkomputer tercepat di dunia yang berada di Oak Ridge National Laboratory, Tennessee. Daya komputasinya memungkinkan peneliti memodelkan volume alam semesta awal yang belum pernah sebesar itu, dengan tetap mempertahankan tingkat detail yang diperlukan untuk mempelajari pembentukan galaksi, bintang, dan lubang hitam.

Platform untuk menguji gagasan baru

Tim peneliti merancang Lumina sebagai platform untuk menguji gagasan baru tentang pembentukan dan evolusi alam semesta. Kajian berikutnya akan menggunakan simulasi ini untuk menyelidiki bagaimana gas bergerak di antara galaksi, bagaimana radiasi dari big bang membentuk evolusi kosmik, dan bagaimana wilayah dengan pembentukan bintang yang intensif berkembang seiring waktu.

Detail publikasi

Makalah berjudul "Introducing the Lumina project: large-volume radiation-hydrodynamic simulations of the epochs of hydrogen and helium reionization" terbit di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026) dengan DOI: 10.1093/mnras/stag1469.

Sumber: Phys.org