Simulação impressionante recria os primeiros bilhões de anos do Universo

Uma nova simulação computacional oferece visão detalhada de como o Universo evoluiu nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang . Batizado de Lumina, o projeto recria a interação entre matéria escura, gases quentes e os primeiros objetos cósmicos, ajudando cientistas a investigar como surgiram as primeiras estrelas e galáxias. As visualizações foram divulgadas no domingo (25) e representam a evolução do cosmos entre 50 milhões e dois bilhões de anos após o Big Bang.

O trabalho também permite comparar previsões teóricas com observações do telescópio espacial James Webb , que vem permitindo aos astrônomos investigar fases cada vez mais antigas da história do Universo. Oliver Zier, cientista do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e responsável pela iniciativa, explicou ao The New York Times que boa parte do conhecimento sobre a formação de galáxias vem de observações do Universo próximo. Com os dados do Webb, porém, os pesquisadores conseguem investigar épocas em que as primeiras estrelas e galáxias começaram a surgir.

Como o Universo evoluiu após o Big Bang Nos primeiros momentos após o Big Bang, o Universo era uma mistura extremamente quente de elétrons e núcleos atômicos. À medida que o cosmos se expandiu e esfriou, essas partículas se combinaram, formando uma espécie de neblina composta principalmente por hidrogênio e hélio; Naquele período, a radiação ultravioleta e os raios X percorriam distâncias curtas antes de serem absorvidos pelo gás neutro. Essa fase ficou conhecida como idade das trevas cósmica; Milhões de anos depois, os átomos de hidrogênio e hélio começaram a perder elétrons novamente, em processo chamado ionização.

A transformação tornou o Universo transparente a comprimentos de onda mais curtos, permitindo que a radiação viajasse por distâncias maiores; Os astrônomos acreditam que as primeiras estrelas surgiram cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang e tiveram papel fundamental nessa mudança; A simulação Lumina procura reconstruir essa transição: de um Universo quase sem estruturas, preenchido por gás frio e neutro, para um ambiente com galáxias primitivas, buracos negros em crescimento e matéria quente e ionizada entre esses objetos. Distribuição da matéria comum e da matéria escura cerca de 140 milhões de anos após o Big Bang. As regiões vermelhas apresentam uma proporção maior de matéria comum em relação à matéria escura, e as setas indicam a velocidade do gás presente no universo primordial, que influenciou o momento e o local de formação das primeiras galáxias – Oliver Zier/Observatório Astrofísico Smithsonian O que a simulação descobriu Para construir o modelo, a equipe simulou o comportamento da matéria escura, o crescimento dos buracos negros, a formação de estrelas e as interações entre esses objetos e os gases que os cercavam.

O trabalho foi executado em um supercomputador do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee (EUA). A simulação levou aproximadamente um ano para ser concluída e abrangeu um volume de espaço com cerca de 1,5 bilhão de anos-luz de extensão em cada direção. O programa produziu informações sobre diferentes condições do Universo primordial, incluindo a distribuição da matéria escura e as mudanças de temperatura do gás intergaláctico ao longo do tempo.

Um dos resultados indica que a luz das estrelas foi a principal responsável pela ionização do hidrogênio no Universo primitivo. A maior parte dessa transformação teria ocorrido entre 500 milhões e um bilhão de anos após o Big Bang. No caso do hélio, o processo aconteceu em etapas.

A radiação estelar teria energia suficiente para remover um dos dois elétrons do átomo, enquanto a radiação mais energética emitida por buracos negros supermassivos teria sido necessária para retirar o segundo. Os pesquisadores descreveram o trabalho em artigo publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . A ionização do hidrogênio no início do universo ocorreu em áreas isoladas, principalmente ao redor de estrelas, e durou centenas de milhões de anos.

– Oliver Zier/Observatório Astrofísico Smithsonian Leia mais: Foto impressionante registra meteoros do cometa Halley cruzando céu estrelado Após mais de 20 anos no espaço, telescópio da NASA tem destino definido Uma explosão cósmica durou 27 dias; o que a manteve ativa? A matéria escura como estrutura do Universo Além dos dados científicos, a Lumina produziu vídeos que representam como o cosmos poderia ter se apresentado naquela época. As imagens mostram, por exemplo, a chamada teia cósmica, estrutura formada por aglomerados e filamentos interligados, compostos principalmente por matéria escura.

“É literalmente como a espinha dorsal do Universo”, afirmou Zier ao descrever essa estrutura. Outra visualização se aproxima de um enorme halo de matéria escura que envolve um aglomerado de galáxias. A atração gravitacional desse halo puxa o gás intergaláctico para dentro, onde ele sofre um aquecimento intenso e desacelera.

Quando o gás esfria, passa a fornecer material para a formação de futuras estrelas. O gás hélio foi ionizado principalmente pela luz das estrelas, representada em roxo, e depois novamente pela acreção de buracos negros, representada em verde-azulado – Oliver Zier/Observatório Astrofísico Smithsonian James Webb ajudará a testar as previsões A equipe já começou a comparar os resultados da Lumina com dados coletados pelo telescópio espacial James Webb. O objetivo é verificar se as previsões da simulação correspondem ao que os astrônomos observam no Universo distante.

Os pesquisadores também esperam usar o modelo como referência para analisar dados do telescópio espacial Nancy Grace Roman, lançado no fim de agosto e projetado, entre outras tarefas, para mapear a matéria escura em detalhes inéditos. Se as observações coincidirem com as previsões da Lumina, isso reforçará a confiança no modelo e na compreensão atual da física. Diferenças entre os dados e a simulação, por outro lado, poderão indicar que algum processo ainda não foi compreendido ou incorporado adequadamente às teorias existentes.

Uma fatia da “teia cósmica”, um mar de aglomerados e filamentos interconectados compostos principalmente de matéria escura, como teria aparecido 1,9 bilhão de anos após o Big Bang – Oliver Zier/Observatório Astrofísico Smithsonian O post Simulação impressionante recria os primeiros bilhões de anos do Universo apareceu primeiro em Olhar Digital . ]]>