Como era o Universo quando surgiram as primeiras estrelas e galáxias? Pesquisadores tentaram voltar no tempo por meio de uma enorme simulação computacional.
O projeto, batizado de Lumina, conta os dois primeiros bilhões de anos da história do Universo. O cálculo começa cerca de 45 milhões de anos após o Big Bang, em uma época em que as estrelas ainda não haviam iluminado o espaço. Em seguida, acompanha a formação das primeiras galáxias e sua evolução.
Visualização da estrutura da matéria e das regiões ionizadas do Universo na simulação Lumina.
Crédito: colaboração Lumina.
A escala causa vertigem. A região estudada mede cerca de 1,6 bilhão de anos-luz de lado. Nesse espaço gigantesco, o computador acompanha os movimentos do gás, os efeitos da matéria escura, o nascimento das estrelas e a luz que elas produzem. Ao todo, os pesquisadores utilizaram quase 500 bilhões de pequenos elementos de cálculo.
No início, a matéria está distribuída de maneira quase uniforme. Pouco a pouco, a gravidade reúne o gás e a matéria escura. Regiões mais densas se formam e, depois, dão origem às galáxias. A simulação permite observar essa evolução em grande escala ou se aproximar de uma galáxia específica.
Os pesquisadores também quiseram entender como o Universo se tornou transparente a grande parte da luz. Após a formação dos primeiros átomos, o espaço estava cheio de hidrogênio, que absorvia determinados tipos de luz. As primeiras estrelas emitiram radiação suficiente para transformar gradualmente esse gás e permitir que a luz viajasse mais livremente.
Mapa das variações da matéria comum e da matéria escura nas condições iniciais da simulação Lumina. As linhas brancas mostram os movimentos relativos dos dois componentes.
Crédito: colaboração Lumina.
Um fenômeno semelhante atingiu o hélio posteriormente. De acordo com os cálculos, foram principalmente os enormes buracos negros ativos, presentes no centro de algumas galáxias, que forneceram a luz altamente energética necessária. Lumina permite estudar essas duas grandes transformações em uma única simulação.
Para realizar esse trabalho, os cientistas utilizaram o Frontier, um dos supercomputadores mais poderosos do mundo. Eles também publicaram vídeos mostrando a formação das galáxias e a evolução do gás pelo espaço.
Essas imagens representam o que as leis da física e os conhecimentos atuais permitem calcular. Agora, os pesquisadores poderão comparar seus resultados com as observações do telescópio James-Webb e de outros instrumentos, para verificar se sua reconstrução corresponde ao Universo real.