Simulação recria como o Universo saiu da escuridão após o Big Bang

Projeto Lumina usa supercomputador para mostrar como as primeiras galáxias ajudaram a transformar o cosmos primitivo ao longo de 2 bilhões de anos.

Uma nova simulação científica está permitindo visualizar como o Universo começou a sair de sua fase mais escura, quando uma névoa de gás impedia que a luz se propagasse livremente pelo espaço. Batizado de Lumina, o projeto acompanha a formação das primeiras galáxias e a transformação gradual do gás que preenchia o cosmos primitivo.

As imagens foram divulgadas no domingo (25), e o estudo científico foi publicado na segunda-feira (26), na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. A pesquisa reúne cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade Harvard e de outras instituições.

Como o Universo saiu da escuridão?

Nos primeiros momentos após o Big Bang, o Universo era extremamente quente e denso. Com a expansão e o resfriamento, elétrons se combinaram com núcleos atômicos, formando átomos neutros, principalmente de hidrogênio.

Essa fase deixou o Universo envolto em um gás que dificultava a passagem da luz. Cerca de 380 mil anos após o Big Bang, começou um longo período conhecido como era escura cósmica, que terminou gradualmente com o surgimento das primeiras estrelas e galáxias.

A radiação ultravioleta emitida por essas estruturas começou a retirar elétrons dos átomos de hidrogênio, em um processo chamado reionização. Regiões ionizadas se expandiram e se encontraram, permitindo que a luz viajasse cada vez mais livremente pelo espaço.

Supercomputador simulou bilhões de anos

Para desenvolver a Lumina, os pesquisadores utilizaram o supercomputador Frontier, instalado no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos.

A simulação acompanha a evolução da matéria escura, dos gases, das estrelas, das galáxias e da radiação ao longo de aproximadamente 2 bilhões de anos. O modelo considera uma região cósmica com cerca de 1,6 bilhão de anos-luz de largura, combinando uma grande escala espacial com detalhes da formação de estruturas individuais.

O processamento envolveu aproximadamente meio trilhão de elementos computacionais, incluindo partículas de matéria escura e células de gás. No pico da operação, foram utilizados recursos equivalentes a mais de 100 mil núcleos de CPU e cerca de 15 mil GPUs.

Galáxias e buracos negros tiveram papéis diferentes

Os resultados indicam que a reionização do hidrogênio foi impulsionada principalmente pela radiação das primeiras estrelas e galáxias. Já a transformação do hélio exigiu radiação mais energética, associada sobretudo a núcleos galácticos ativos alimentados por buracos negros supermassivos.

A Lumina permite acompanhar esses dois processos em uma mesma simulação, algo que representa um avanço na modelagem da evolução do Universo primitivo.

Imagens ajudam a entender a história cósmica

As imagens produzidas não são fotografias reais do Universo há bilhões de anos. Elas são representações visuais geradas a partir de modelos físicos e cálculos computacionais que procuram reproduzir a evolução das estruturas cósmicas.

Os pesquisadores esperam comparar os resultados da simulação com observações de telescópios atuais e futuros, ajudando a explicar como as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros moldaram o Universo que conhecemos hoje.

Fontes: MIT News, Smithsonian Institution e revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.