A simulação científica que recriou os primeiros dois bilhões de anos do Universo

Uma simulação desenvolvida por astrofísicos recriou os primeiros 2 bilhões de anos do Universo e mostrou como a luz das primeiras estrelas e dos buracos negros dissipou o gás que encobria o início do cosmos. Publicado na segunda-feira, 26, na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, os pesquisadores responsáveis pelo estudo geraram imagens e vídeos através de modelos computacionais que ilustram os acontecimentos à época.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade Harvard e de outras instituições desenvolveram uma simulação que recria a evolução do Universo durante seus primeiros 2 bilhões de anos. Batizado de Lumina, o projeto gerou as imagens e vídeos que mostram a formação das primeiras galáxias e estrelas e como a radiação desses objetos dissipou a névoa de gás que impedia a passagem da luz durante o Big Bang. 

A simulação criada pelo projeto acompanha a evolução da matéria escura, dos gases, das estrelas e da radiação em uma região de aproximadamente 1,6 bilhão de anos-luz de extensão. Para isso, os pesquisadores utilizaram um modelo computacional capaz de analisar desde grandes estruturas cósmicas até detalhes da formação de galáxias individuais. O trabalho foi executado no supercomputador Frontier, nos Estados Unidos, e abrange cerca de 500 bilhões de elementos computacionais.

Após o Big Bang, o Universo passou por um período conhecido como era das trevas cósmicas, quando o hidrogênio neutro bloqueou a propagação da luz. A simulação mostra como esse cenário começou a mudar com o surgimento das primeiras estrelas, que com sua radiação ultravioleta retiraram elétrons dos átomos de hidrogênio, o que permitiu a viagem livre da luz. Esse processo, chamado de reionização do hidrogênio,  tornou o Universo gradualmente transparente.

O modelo também reproduziu a reionização do hélio, processo impulsionado principalmente por buracos negros supermassivos. Ao acompanhar as duas transformações, o Lumina se tornou a primeira simulação a representar simultaneamente esses processos com grande nível de detalhamento e abrangência. Segundo os pesquisadores, o volume analisado é 100 vezes maior que o de simulações anteriores.

Os cientistas pretendem disponibilizar o modelo para a comunidade acadêmica, o que permitirá comparações com observações de telescópios atuais e futuros. A simulação também poderá ajudar a prever sinais de ondas gravitacionais produzidas por galáxias e buracos negros primitivos. Os resultados devem contribuir para investigar como as primeiras estruturas cósmicas se formaram e quais processos determinaram a evolução do Universo.