Simulação Lumina recria universo primitivo com detalhes inéditos

Uma nova simulação computacional, batizada de Lumina, está ajudando astrônomos a desvendar os mistérios do universo primitivo. Desenvolvida por uma equipe internacional de pesquisadores, a simulação recria com detalhes inéditos como as primeiras estrelas e buracos negros impulsionaram a reionização, uma fase crucial na evolução do cosmos. Após o Big Bang, a radiação ultravioleta dessas fontes primordiais arrancou elétrons dos átomos de hidrogênio, permitindo que a luz viajasse mais longe e alterando a forma como as galáxias se formaram.

A simulação Lumina se destaca por sua escala colossal, cobrindo um volume de espaço mais de 100 vezes superior às simulações anteriores. Ela abrange uma região de aproximadamente 1,5 bilhão de anos-luz de diâmetro, permitindo aos cientistas observar tanto a vastidão da teia cósmica quanto galáxias individuais. O modelo levou quase três anos para ser concluído, utilizando mais de 15.000 unidades de processamento gráfico no supercomputador Frontier, no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos.

O que é a reionização?

A reionização foi um período transformador no universo, que ocorreu após o Big Bang. Naquela época, o hidrogênio, o elemento mais abundante no espaço, estava em um estado neutro. A intensa radiação ultravioleta emitida pelas primeiras estrelas e buracos negros ionizou esses átomos de hidrogênio, arrancando seus elétrons.

Esse processo tornou o universo transparente à luz, permitindo que a radiação viajasse distâncias maiores. A reionização também teve um papel fundamental na formação das primeiras galáxias, moldando a estrutura cósmica que observamos hoje.

Como Lumina avança o conhecimento?

A imensa escala da Lumina permite que os pesquisadores estudem como diferentes regiões do universo evoluíram ao longo do tempo, algo que simulações menores não conseguem capturar. Pela primeira vez, a simulação permite analisar as mudanças no hidrogênio e no hélio em uma única plataforma.

Cientistas como Oliver Zier, autor principal do estudo publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, destacam que a simulação pode ser usada para testar teorias sobre a evolução cósmica. Ao comparar os resultados da Lumina com observações de telescópios como o James Webb, os pesquisadores podem validar ou refinar seus modelos.

“Mas na verdade é mais interessante se eles não concordarem, porque isso significa que há algo faltando em nosso modelo, e isso pode dar pistas sobre a física que ainda não foi descoberta”, explicou Zier.

Matéria escura e matéria comum

A simulação também oferece novas ferramentas para estudar a interação entre a matéria comum e a matéria escura. Enquanto a matéria comum compõe estrelas, planetas e seres vivos, a matéria escura é uma substância invisível que constitui a maior parte da massa do universo.

Ao contrário da matéria escura, a matéria comum interage com a luz, o que leva a diferenças de velocidade entre os dois tipos de matéria. Essas diferenças deixaram padrões cósmicos que podem ser mapeados em simulações como a Lumina, permitindo aos cientistas investigar como a dinâmica da matéria moldou o cosmos primitivo.

Julian Muñoz, professor assistente de astronomia da Universidade do Texas em Austin, elogiou a Lumina como uma conquista técnica impressionante, destacando sua escala e duração cósmica maiores em comparação com estudos anteriores.

A simulação também pode ajudar a identificar galáxias raras que modelos menores poderiam não detectar, segundo Ilian Iliev, professor de astrofísica da Universidade de Sussex.