Simulação Lumina recria os primeiros 2 bilhões de anos do universo

Uma nova simulação computacional, batizada de Lumina, desenvolvida por uma equipe internacional de astrofísicos liderada por cientistas de Harvard e do MIT, recria com precisão inédita os primeiros dois bilhões de anos do universo. O projeto modela o fim da chamada "era das trevas", período marcado pela formação das primeiras estrelas e galáxias, e o início da época da reionização, quando o hidrogênio interestelar se transformou em plasma aquecido. A simulação abrange uma escala cósmica de 1,6 bilhão de anos-luz, permitindo aos pesquisadores entender melhor a evolução do universo.

O que a simulação Lumina modela

A simulação Lumina integra física de radiação, gás e matéria escura para reproduzir os processos cosmológicos iniciais. O resultado é um universo virtual habitado por mais de 200 milhões de galáxias, onde é possível acompanhar o crescimento simultâneo de buracos negros. O trabalho busca compreender a transição do universo primitivo até o estado atual.

Comparação com observações e próximos passos

Os pesquisadores compararam as previsões da Lumina com as observações realizadas pelo telescópio espacial James Webb. As simulações mostraram correspondência com as previsões para o gás entre as galáxias. No entanto, o Webb tem detectado galáxias mais massivas do que as produzidas pela simulação, o que gera novas questões para a ciência.

Oliver Zier, astrônomo do Centro de Astrofísica de Harvard, destacou a importância das discordâncias entre simulações e observações. "As simulações transformam nossa compreensão da física em previsão, e comparar essas previsões com o universo real nos ajuda a ver onde nossos modelos funcionam e onde algo pode ter passado", afirmou.

Em um futuro próximo, o telescópio Nancy Grace Roman, que avança em direção à sua órbita final, será um novo aliado para explorar o universo primordial. Sua capacidade de estudar uma área ampla do cosmos poderá revelar mais sobre a existência e a quantidade de galáxias massivas e brilhantes.

Os resultados desta pesquisa foram publicados na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

O que diz a pesquisa

A simulação Lumina, descrita no estudo publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society em 2026, modela a evolução do meio intergaláctico (IGM), galáxias e quasares (AGNs) durante as épocas de reionização do hidrogênio e hélio, até o redshift z=3. O projeto abrange um volume cosmológico de 500 Mpc (megaparsecs) de lado, com resolução de massa de matéria escura de 1.9x10^7 M☉ (massas solares). A simulação utiliza o código arepo, combinando o modelo de formação de galáxias IllustrisTNG com um solver de transporte de radiação acelerado por GPU. Lumina prevê uma reionização do hidrogênio tardia, impulsionada principalmente por estrelas, com a maior parte do volume ionizada por z≈5.2 e resquícios de H I neutro até z≈4.75. A reionização do He II é impulsionada por AGNs e quase completa por z=3. O estudo aponta que a profundidade óptica de espalhamento Thomson prevista pela simulação está em excelente acordo com os dados do Planck.