Uma nova simulação computacional chamada Lumina modela o Universo entre 50 milhões e 200 milhões de anos após o Big Bang, traçando como as primeiras estrelas e os buracos negros ajudaram a pôr fim às Idades Cósmicas das Trevas. O trabalho foi publicado na edição de novembro da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
As Idades Cósmicas das Trevas começaram depois que o Universo esfriou o suficiente para que elétrons se combinassem com hidrogênio e hélio, formando gás neutro. Sem estrelas ou galáxias produzindo luz, o cosmos primordial entrou em um período de escuridão que os cientistas compreendem menos plenamente do que o Big Bang e seus momentos imediatamente posteriores.
A Lumina acompanha a época da reionização, quando a radiação arrancou elétrons do hidrogênio e do hélio. O processo ocorreu de forma desigual: as primeiras estrelas podiam ionizar o hidrogênio e remover um elétron do hélio, enquanto a radiação de buracos negros supermassivos em desenvolvimento era necessária para remover o segundo elétron do hélio. A simulação mostra bolhas ionizadas crescendo ao redor de grandes estruturas, enquanto amplas regiões permaneciam neutras.
Os pesquisadores afirmam que a Lumina está entre as maiores e mais detalhadas simulações desse período. Ela abrange 1,5 bilhão de anos-luz de cada lado e inclui 200 milhões de galáxias, ao mesmo tempo que permite aos pesquisadores examinar o desenvolvimento de galáxias individuais. Seu volume é mais de 100 vezes maior que o de simulações comparáveis, segundo o comunicado do projeto.
A equipe usou o supercomputador Frontier, do Oak Ridge National Laboratory, para criar o modelo. O projeto exigiu cerca de 600 terabytes de memória e levou aproximadamente seis meses para ser executado. Sua escala e seu nível de detalhe foram concebidos para ajudar os cientistas a testar teorias com base em observações do Telescópio Espacial James Webb e do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman.
O autor principal, Oliver Zier, astrofísico computacional do Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, disse que comparar observações telescópicas com simulações poderia ajudar os pesquisadores a investigar o número inesperadamente elevado de galáxias brilhantes observadas no Universo primordial. O JWST pode examinar objetos individuais em detalhes, enquanto se espera que o Roman observe áreas muito maiores do céu e encontre amostras mais amplas de galáxias raras e brilhantes.
A Lumina se baseia em modelos computacionais anteriores do cosmos, incluindo o IllustrisTNG, que forneceu os alicerces do projeto. Os pesquisadores esperam que a simulação ajude os astrônomos a compreender melhor como as primeiras estruturas luminosas se formaram e como o Universo emergiu de seu longo período de escuridão.
Fontes: Smithsonian Magazine.