Asal-usul alam semesta tetap menjadi salah satu misteri ilmiah terbesar sepanjang masa, dengan berbagai teori seperti model Big Bang, inflasi kosmik, dan kosmologi kuantum yang dikembangkan untuk menjelaskannya. Untuk menguji teori-teori tersebut, para peneliti dari Center for Astrophysics, kolaborasi antara Harvard dan Smithsonian, merakit Proyek Lumina yang merupakan simulasi alam semesta awal terbesar yang pernah ada.
Detail Simulasi Kosmik Lumina
Detail mengenai simulasi yang dipublikasikan dalam jurnal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society tersebut menjelaskan interaksi materi biasa, materi gelap, dan radiasi selama dua miliar tahun pertama alam semesta. Simulasi ini mencakup wilayah yang setara dengan kubus berukuran sekitar 1,5 miliar tahun cahaya di setiap sisinya. Sebagai perbandingan, rekor simulasi alam semesta awal terbesar sebelumnya dipegang oleh simulasi Thesan pada tahun 2022 yang mencakup wilayah kubus berukuran sekitar 300 juta tahun cahaya.
Pencapaian ini didukung oleh observasi yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) milik NASA serta teleskop lain yang memantau objek-objek angkasa tertua. Berdasarkan pengamatan tersebut, para ilmuwan mampu menyusun gambaran mengenai rupa alam semesta pada masa lampau.
Proses dan Teknologi Superkomputer
Simulasi ini dijalankan menggunakan superkomputer Frontier di Oak Ridge National Laboratory, Tennessee. Perangkat tersebut memiliki sekitar 37.000 unit pengolah grafis (GPU), dan Proyek Lumina memanfaatkan sekitar 15.000 GPU di antaranya.
Kapasitas tersebut memungkinkan simulasi ini menampilkan berbagai fitur unik, termasuk reionisasi helium yang diyakini terjadi pada masa awal alam semesta ketika suhu sangat panas dan materi berada dalam kondisi terionisasi. Ketika alam semesta mendingin sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, atom-atom bergabung membentuk hidrogen dan helium reguler, sebelum generasi bintang pertama memancarkan cahaya ultraviolet untuk kembali mengionisasi atom-atom di sekitarnya.
Zier menyatakan kepada CNET melalui surel bahwa Lumina mengikuti reionisasi hidrogen sekaligus helium. “Ini memungkinkan kita untuk mempelajari proses-proses ini secara bersamaan dalam satu simulasi yang konsisten, yang berarti ia menangkap reionisasi saat itu terjadi sekaligus memungkinkan efeknya segera memengaruhi alam semesta yang berkembang di dalam model,” kata Zier.
Aaron Smith, asisten profesor fisika di University of Texas at Dallas sekaligus salah satu penulis makalah tersebut, mengatakan dalam sebuah pernyataan bahwa timnya merasa sangat beruntung dapat membangun simulasi seperti Lumina. “Untuk pertama kalinya, kita dapat mengikuti proses berubahnya hidrogen dan helium ke dalam bentuk modern mereka di seluruh volume alam semesta yang begitu besar, sementara tetap merinci galaksi dan objek bercahaya lainnya yang mendorong transformasi tersebut,” ujar Smith.
Prediksi dan Citra Visual
Fungsi utama Lumina adalah membantu para ilmuwan menguji dan mengonfirmasi teori tentang alam semesta awal serta mengukur apakah pemahaman mereka tentang fisika sejalan dengan hasil simulasi. Tim peneliti telah menggunakan simulasi ini untuk membuat prediksi menarik, termasuk dugaan bahwa terdapat lebih sedikit galaksi masif di alam semesta awal daripada yang disarankan oleh observasi Teleskop Luar Angkasa James Webb. Simulasi ini juga memuat titik-titik merah kecil misterius yang ditemukan oleh JWST, yang kini diyakini oleh sebagian ilmuwan sebagai bintang lubang hitam.
Sebagai keuntungan tambahan, simulasi ini menghasilkan citra visual yang menampakkan interaksi alam semesta awal, mulai dari pencampuran gas pada berbagai suhu, reaksi kimia, hingga lokasi galaksi serta bintang awal. Dengan memasukkan posisi materi gelap dan energi gelap, keseluruhan simulasi menampilkan jajaran awan, benang, dan filamen berwarna-warni.
Proyek Lumina menghasilkan 15 video yang menampilkan berbagai aspek, mulai dari kepadatan gas hingga reionisasi hidrogen dan helium.
Seluruh rangkaian video tersebut dapat disaksikan untuk melihat bentangan volume simulasi Lumina secara utuh maupun mengamati gugusan galaksi dari dekat.
Sumber: News – CNET
