Simulação Lumina recria os primeiros 2 bilhões de anos do Universo em supercomputador

Cientistas do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian divulgaram uma simulação computacional que reconstitui a evolução do Universo logo após o Big Bang. Chamado de Lumina, o projeto reproduz a interação entre matéria escura, gases quentes e os primeiros objetos cósmicos, com o objetivo de esclarecer como se formaram as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros. As visualizações foram apresentadas no domingo (25).

Segundo o Olhar Digital, o modelo cobre o período entre 50 milhões e 2 bilhões de anos depois do Big Bang. O UOL descreve o trabalho de forma semelhante, como a recriação dos primeiros 2 bilhões de anos do cosmos, e o classifica como uma das maiores e mais detalhadas simulações do Universo jovem já feitas.

Escala e capacidade de processamento

O bloco virtual de espaço simulado tem cerca de 1,5 bilhão de anos-luz de extensão em cada direção. De acordo com o UOL, esse volume é 100 vezes maior que o de qualquer simulação equivalente anterior. O Olhar Digital informa que o cálculo foi feito em um supercomputador do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee (EUA), e levou aproximadamente um ano. O UOL acrescenta que a equipe usou mais de 15 mil placas de vídeo no Frontier, apontado como um dos supercomputadores mais potentes do mundo.

Para montar o modelo, os pesquisadores simularam o comportamento da matéria escura, o crescimento de buracos negros, a formação de estrelas e as interações entre esses elementos e o gás ao redor. O programa gerou dados sobre a distribuição da matéria escura e sobre as variações de temperatura do gás intergaláctico ao longo do tempo.

O que a simulação aponta

Um dos resultados, segundo o Olhar Digital, é que a luz das estrelas foi a principal responsável pela ionização do hidrogênio no Universo primitivo, processo que teria ocorrido em sua maior parte entre 500 milhões e 1 bilhão de anos após o Big Bang. No caso do hélio, a transformação teria acontecido em etapas: a radiação das estrelas teria energia para retirar um dos dois elétrons do átomo, mas a radiação mais intensa de buracos negros supermassivos seria necessária para remover o segundo. O UOL afirma que o projeto é o primeiro a simular a transformação do hélio junto com o nascimento das galáxias.

O trabalho também gerou vídeos que mostram como o cosmos poderia ter sido naquela época. Entre as imagens estão a teia cósmica, estrutura de aglomerados e filamentos formada principalmente por matéria escura, e a aproximação de um grande halo de matéria escura em torno de um aglomerado de galáxias. A gravidade desse halo atrai o gás intergaláctico, que se aquece e desacelera; ao esfriar, o gás passa a fornecer material para novas estrelas.

Oliver Zier, cientista do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e responsável pela iniciativa, disse ao The New York Times que grande parte do conhecimento sobre a formação de galáxias vem de observações do Universo próximo. Os dados do telescópio espacial James Webb, segundo ele, permitem estudar épocas em que as primeiras estrelas e galáxias começaram a surgir. Os pesquisadores descreveram o trabalho em artigo na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Comparação com telescópios

A equipe já começou a confrontar os resultados da Lumina com observações do James Webb, para verificar se as previsões do modelo correspondem ao que os astrônomos veem no Universo distante. Os cientistas também pretendem usar a simulação como referência para dados do telescópio espacial Nancy Grace Roman, lançado no fim de agosto, segundo o Olhar Digital, e projetado, entre outras tarefas, para mapear a matéria escura em detalhes inéditos.

O UOL explica que a simulação funciona como um gabarito: ao comparar o que o modelo prevê com o que os telescópios registram, os astrônomos podem testar se as leis da física atuais se sustentam ou se há fenômenos ainda não explicados. O texto do Olhar Digital está incompleto no trecho final, e as fontes não detalham outros desdobramentos esperados do projeto.