Cientistas recriam 'infância' do Universo com simulação em supercomputador

Um grupo internacional de astrofísicos divulgou no último domingo (25) imagens inéditas que recriam a 'infância' do Universo, mostrando como ele evoluiu da escuridão inicial para um cosmos iluminado pelas primeiras galáxias. A recriação foi possível através do Lumina, uma simulação computacional avançada que utilizou as condições do Universo logo após o Big Bang, fornecidas por satélites, e aplicou as leis da física para 'rodar o filme' de sua evolução nos primeiros 2 bilhões de anos.

O estudo, publicado nesta segunda-feira (26) na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, detalha como bolhas de luz surgiram em torno das primeiras galáxias, expandiram-se, uniram-se e gradualmente dissolveram a névoa de gás frio que obscurecia o cosmos primitivo. Esse período, conhecido como era das trevas cósmicas, foi marcado por um gás de hidrogênio e hélio que bloqueava a luz mais energética. A dissipação dessa 'neblina' começou com o nascimento das primeiras estrelas, cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang, cuja luz quebrava os átomos do gás, tornando o Universo transparente.

Como o Universo saiu da escuridão

A simulação Lumina ilustra que a transição para a transparência não foi uniforme. Regiões com maior concentração de galáxias ganharam luz primeiro, enquanto grandes vazios permaneceram escuros por mais tempo. Os últimos bolsões de névoa só desapareceram por volta de 1 bilhão de anos após o Big Bang, um fim tardio que coincide com medições astronômicas. O modelo confirma que as estrelas foram as principais responsáveis por essa iluminação inicial, com uma contribuição menor dos buracos negros.

Uma segunda etapa na dissipação do gás, especialmente do hélio, que é mais difícil de quebrar, foi impulsionada pela luz intensa de quasares — buracos negros supermassivos. Esses eventos, mais raros e potentes, criaram bolhas de luz maiores e mais espalhadas, completando o processo de transparência perto dos 2 bilhões de anos. O Lumina é pioneiro ao simular ambas as etapas com alto nível de detalhe, algo que modelos anteriores não alcançavam.

O que a simulação ainda não explica

A comparação do Lumina com as observações do telescópio espacial James Webb revela um ponto de divergência crucial. Desde 2022, o Webb tem detectado galáxias no Universo jovem que são maiores e mais brilhantes do que as teorias atuais preveem. Enquanto a simulação acerta nas galáxias pequenas e médias, ela subestima o tamanho das galáxias gigantes, com mais de 100 bilhões de vezes a massa do Sol, especialmente quanto mais cedo na história cósmica.

Os autores do estudo propõem algumas hipóteses para essa discrepância. As galáxias gigantes podem ter formado estrelas em um ritmo mais acelerado do que se pensava, ou produzido mais estrelas de grande porte. Outra possibilidade é que as leis físicas que descrevem o Universo necessitem de ajustes. Uma explicação mais simples seria uma margem de erro maior nas medições do James Webb do que o estimado.

O supercomputador Frontier, um dos mais potentes do mundo, foi utilizado para realizar os cálculos complexos do Lumina. Os dados completos da simulação serão disponibilizados para outros cientistas em 2028, e o grupo de pesquisa já planeja novos estudos para refinar a comparação entre a simulação e as observações telescópicas. O valor do Lumina reside tanto em sua capacidade de confirmar o conhecimento existente quanto em apontar as áreas onde a física cósmica ainda precisa ser revista.