Daftar Isi
Asal-usul alam semesta tetap menjadi salah satu misteri ilmiah terbesar sepanjang masa, dengan berbagai teori seperti model Dentuman Besar, inflasi kosmik, dan kosmologi kuantum. Guna menguji beragam teori tersebut, para peneliti dari Center for Astrophysics, yang merupakan kolaborasi antara Harvard dan Smithsonian, merakit Proyek Lumina.
Detail Simulasi Kosmologi Lumina
Simulasi semesta awal ini memiliki ukuran jauh lebih masif dibanding pendahulunya. Berdasarkan rincian yang diterbitkan dalam Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Proyek Lumina memetakan interaksi antara materi biasa, materi gelap, dan radiasi selama dua miliar tahun pertama alam semesta, meliputi wilayah seluas kubus berukuran sekitar 1,5 miliar tahun cahaya di setiap sisinya.
Sebagai perbandingan, simulasi semesta awal terbesar sebelumnya dipegang oleh simulasi Thesan pada tahun 2022. Simulasi tersebut mencakup rentang waktu sekitar satu miliar tahun pada wilayah kubus berukuran kurang lebih 300 juta tahun cahaya.
Pencapaian detail yang luar biasa ini didukung besar oleh pengamatan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA serta teleskop lainnya yang mendedikasikan waktu untuk mengamati benda-benda langit tertua. Melalui pengamatan objek purba tersebut, para ilmuwan berhasil menyusun gambaran mengenai wujud alam semesta pada masa lampau.
Teknologi Superkomputer Dibalik Lumina
Pembuatan simulasi ini dikerjakan menggunakan superkomputer Frontier di Oak Ridge National Laboratory, Tennessee. Perangkat superkomputer Frontier memiliki sekitar 37.000 GPU di seluruh sistemnya, dan Proyek Lumina memanfaatkan sekitar 15.000 unit di antaranya.
Kapasitas tersebut menjadikan Lumina sebagai simulasi terbesar dan paling detail yang pernah dibuat, sehingga memberikan peneliti berbagai fitur unik untuk dianalisis. Salah satu contohnya adalah reionisasi helium, sebuah proses yang diyakini para ilmuwan terjadi pada masa awal alam semesta ketika materi berada dalam kondisi terionisasi akibat suhu yang sangat tinggi.
Ketika alam semesta mendingin sekitar 380.000 tahun setelah Dentuman Besar, atom-atom mulai bergabung membentuk hidrogen dan helium biasa. Tidak lama kemudian, generasi bintang pertama muncul dan memancarkan cahaya ultraviolet dalam jumlah yang cukup untuk mengionisasi ulang atom-atom hidrogen dan helium di sekitarnya.
Zier menjelaskan kepada CNET melalui surel bahwa Lumina mengikuti proses reionisasi hidrogen sekaligus helium. Langkah ini memungkinkan para peneliti mempelajari proses tersebut bersama-sama dalam satu simulasi yang konsisten, sehingga model dapat menangkap reionisasi saat terjadi sekaligus membiarkan efeknya langsung memengaruhi evolusi alam semesta di dalam model.
Aaron Smith, seorang profesor fisika madya di University of Texas at Dallas sekaligus salah satu penulis makalah penelitian, menyatakan kepada CNET bahwa timnya merasa sangat beruntung dapat membangun simulasi seperti Lumina. Untuk pertama kalinya, para peneliti dapat mengikuti proses perubahan hidrogen dan helium ke bentuk modern di ruang lingkup semesta yang sangat masif, sembari tetap memetakan galaksi serta objek bercahaya lainnya yang memicu transformasi tersebut.
Prediksi Baru dan Visualisasi Kosmik
Fungsi utama Lumina adalah membantu para ilmuwan menguji serta memastikan teori mengenai semesta awal sekaligus mengukur apakah pemahaman mereka tentang fisika sejalan dengan hasil simulasi. Tim peneliti telah menggunakan simulasi ini untuk membuat sejumlah prediksi menarik, termasuk dugaan bahwa terdapat galaksi masif yang lebih sedikit pada masa awal semesta dibandingkan temuan pengamatan Teleskop Luar Angkasa James Webb. Simulasi tersebut juga memuat titik-titik merah misterius yang ditemukan oleh JWST, yang kini diyakini oleh sebagian ilmuwan sebagai bintang lubang hitam.
Keuntungan tambahan dari simulasi ini adalah tersedianya pencitraan visual yang menakjubkan, menampilkan interaksi alam semesta purba seperti percampuran gas dengan berbagai suhu, reaksi kimia, serta lokasi galaksi dan bintang awal. Dengan memasukkan unsur materi gelap dan energi gelap, keseluruhan simulasi tampak menyerupai rangkaian awan, benang, dan filamen berwarna-warni.
Proyek Lumina menyediakan lima belas video spektakuler yang menampilkan berbagai aspek mulai dari kepadatan gas hingga proses reionisasi hidrogen dan helium.
