Lumina: Die größte kosmologische Simulation der Reionisation

Am 28. Oktober 2026 wurde ein neues Modell zur Erforschung der Frühphase des Universums veröffentlicht: Lumina. Entwickelt vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian und publiziert im Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stellt das Projekt die bisher umfangreichste Simulation der Reionisation dar. Im Gegensatz zu früheren Ansätzen verfolgt Lumina nicht nur Hydrogen, sondern auch Helium in einem einzigen, zusammenhängenden Volumen.

Die Berechnungen wurden auf dem Supercomputer Frontier des Oak Ridge National Laboratory durchgeführt. Für diese Aufgabe wurden 7.536 AMD-GPU-Teile benötigt, um ein kosmisches Kubusvolumen von 500 Megaparsec (ca. 1,6 Milliarden Lichtjahre) zu simulieren. Innerhalb dieses Raumes werden über 432 Milliarden numerische Elemente für Gas und Materie verwendet.

Das Modell berechnet die Evolution der Strukturen, inklusive der Bildung von Galaxien und Sternentstehung, sowie den Prozess der Reionisation. Dabei wird explizit beschrieben, wie ultraviolette Strahlung aus den ersten Sternen das neutrale Hydrogen ionisiert hat und wie diese Ionisierungsepochen später auch das Helium beeinflussten. Die Simulation nutzt ein Modell namens IllustrisTNG mit dem Code AREPO.

Die Ergebnisse zeigen eine Reionisation des Hydrogens, die vorwiegend durch Galaxien ausgelöst wurde, sowie eine zweite Phase der Helion-ionisation, die von Quasaren gesteuert wird. Diese Daten dienen als Referenz für zukünftige Beobachtungen durch Teleskope wie das James Webb Space Telescope und den geplanten Nancy Grace Roman-Teleskop.