Aglomerados globulares: laboratórios cósmicos únicos
Os aglomerados globulares são agrupamentos esféricos extremamente densos, podendo conter até vários milhões de estrelas ligadas pela gravidade. Formados durante as primeiras fases do Universo, estão presentes na maioria das galáxias, inclusive a nossa.
Imagem ESO/INAF-VST/OmegaCAM
A Via Láctea abriga hoje cerca de 160 aglomerados globulares, considerados verdadeiros fósseis cósmicos que oferecem uma visão única das condições que reinavam há quase 13 bilhões de anos. Seu estudo permite que os astrofísicos compreendam melhor a formação das galáxias e a evolução do Universo primordial.
Apesar de sua importância, a dinâmica dos aglomerados globulares permaneceu por muito tempo mal compreendida devido à sua extrema complexidade. Modelar sua evolução ao longo de 13 bilhões de anos requer, de fato, levar em conta simultaneamente:
- as interações gravitacionais entre todas as estrelas;
- os efeitos gravitacionais de seu ambiente externo, como a galáxia hospedeira na qual orbitam;
- bem como a evolução estelar do nascimento à morte das estrelas.
Essa complexidade, combinada aos limites dos recursos computacionais disponíveis, tornava até agora quase impossível uma modelagem realista em escalas de tempo cósmicas.
Um avanço científico e tecnológico
Para enfrentar esse desafio, a equipe desenvolveu ROLLIN', uma série de 25 simulações de N-corpos explorando o poder do supercomputador Jean-Zay (GENCI-IDRIS). Mobilizando quase 350.000 horas de computação em GPU, essas simulações permitiram modelar aglomerados contendo entre 250.000 e 1,5 milhão de estrelas por um período de até 13 bilhões de anos. Entre as mais ambiciosas já realizadas, elas revelam que os aglomerados globulares que observamos hoje são os sobreviventes de uma população inicial profundamente transformada pelos efeitos combinados da dinâmica gravitacional e da evolução estelar.
Graças a essas simulações, os cientistas puderam reconstituir a evolução dos aglomerados globulares desde sua formação: no nascimento, os aglomerados devem ser muito mais concentrados (densos) do que o observado hoje, após 13 bilhões de anos. Além disso, o estudo indica que os aglomerados devem se formar com um alto nível de momento angular (rotação interna) para explicar a quantidade de momento cinético observada atualmente. Essas duas informações impõem restrições sobre as propriedades das nuvens de gás que deram origem aos aglomerados no Universo primordial.
Uma abertura para questões fundamentais em astronomia
O esforço computacional empregado para realizar essas simulações foi considerável: a simulação mais exigente mobilizou cerca de 400 dias de tempo de computação. Esse avanço agora abre caminho para o estudo de outras questões fundamentais em astronomia, muito além da formação de aglomerados estelares.
Simulação de um aglomerado globular de 1,5 milhão de estrelas
Os aglomerados globulares são, notadamente, locais privilegiados de produção de buracos negros, originados da morte de estrelas massivas. As intensas interações gravitacionais nesses ambientes muito densos podem levar à formação de sistemas binários de buracos negros, ou mesmo a fusões, um mecanismo chave para explicar a origem dos buracos negros massivos observados no Universo.
Além disso, compreender como os aglomerados globulares perdem progressivamente suas estrelas é essencial para estudar sua dissolução dentro das galáxias e para reconstituir a história da formação das próprias galáxias. Trabalhos futuros, baseados nessas simulações, permitirão aprofundar essas questões.