Pesquisadores do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian desenvolveram o Lumina, uma simulação computacional que reproduz os primeiros dois bilhões de anos do Universo após o Big Bang. O modelo utiliza recursos de supercomputação para acompanhar a interação entre matéria comum, matéria escura e radiação, contribuindo para a interpretação de dados obtidos por telescópios espaciais e para a investigação da formação das primeiras galáxias.

O estudo busca ampliar a compreensão sobre a evolução do cosmos a partir das observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês) e preparar análises para o futuro telescópio Nancy Roman. Com a ferramenta, os cientistas podem confrontar previsões teóricas com informações observacionais e avaliar a validade dos modelos utilizados para explicar a evolução do Universo.

Segundo Oliver Zier, principal autor do estudo, o Universo primordial se tornou uma nova fronteira da astrofísica com o avanço das observações realizadas pelo James Webb. Ele afirma que o Lumina transforma teorias complexas em previsões detalhadas, facilitando a interpretação das descobertas feitas pelo telescópio.

Escala inédita

Considerado o maior modelo de simulação cosmológica de hidrodinâmica com radiação já desenvolvido, o Lumina acompanha o surgimento das primeiras galáxias e as mudanças ocorridas no gás distribuído pelo cosmos. A ferramenta permite investigar como a luz, a matéria escura e o gás interagiram ao longo do tempo para formar as estruturas observadas atualmente.

A simulação abrange uma região mais de 100 vezes maior que a utilizada em modelos comparáveis anteriores. Outra característica inédita é a reprodução, em tempo real, da reionização do hélio, processo em que a radiação emitida pelas primeiras fontes energéticas do Universo ionizou o gás presente no cosmos.

O volume analisado corresponde a um cubo com aproximadamente 1,5 bilhão de anos-luz de lado, dimensão comparável à escala que pode ser investigada pelos telescópios mais avançados da atualidade.

Poder computacional

O desenvolvimento do Lumina exigiu mais de 15 mil unidades de processamento gráfico (GPUs, na sigla em inglês), que operaram no supercomputador Frontier, localizado no estado do Tennessee, nos Estados Unidos.

A utilização desse poder computacional permite transformar teorias sobre a evolução cósmica em previsões detalhadas. Ao comparar os resultados das simulações com as observações astronômicas, os pesquisadores podem identificar diferenças que indiquem limitações nas explicações científicas atuais.

A equipe pretende utilizar o Lumina em novas investigações sobre o deslocamento de gases entre galáxias, a influência da radiação remanescente do Big Bang e o surgimento de regiões com intensa formação de estrelas.

O projeto dá continuidade aos esforços científicos para compreender como estrelas, galáxias e outras estruturas cósmicas se formaram. Com o avanço das simulações e das observações, os pesquisadores buscam aprofundar o conhecimento sobre os processos que moldaram o Universo ao longo de sua história.