Computadores trabalham durante três anos para voltar ao início do Universo e revelam como a Via Láctea surgiu
Uma nova série de simulações de computador, liderada por Harley Katz, professor assistente de astronomia e astrofísica da Universidade de Chicago, recria em detalhes o período em que a região do Universo que se tornaria a Via Láctea era um aglomerado de milhares de galáxias menores nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang.
Algumas formavam estrelas em ritmo acelerado; outras eram preenchidas apenas por gás ou repletas de estrelas mortas e buracos negros. As simulações mostram como essas galáxias se fundiram para formar o disco espiral que observamos hoje.
As simulações levaram três anos para rodar em supercomputadores de alta potência e representam o modelo mais detalhado até agora de como uma galáxia como a Via Láctea pode ter evoluído ao longo dos primeiros bilhões de anos de existência. O projeto, denominado MEGATRON, teve seus resultados publicados em seis artigos científicos na revista The Open Journal of Astrophysics.
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Na aurora cósmica do Universo, nome dado pelos astrônomos ao primeiro bilhão de anos de sua existência. Os cientistas agora conseguem prever diretamente como a Via Láctea primitiva se pareceria para telescópios como o Hubble e o James Webb Space Telescope.
Reconstruindo a galáxia primitiva
Como não é possível viajar até o alvorecer do Universo para estudá-lo, uma das formas de entender como o espaço evoluiu ao longo do tempo é construir modelos computacionais detalhados baseados nas leis conhecidas da natureza.
Os pesquisadores incorporaram toda a física relevante — gravidade, dinâmica dos fluidos, radiação e química — e deixaram o modelo evoluir naturalmente para verificar se ele reproduzia o que observamos hoje no Universo real.
O avanço técnico foi incluir pela primeira vez a modelagem de física não-equilibrada, em que a química dos sistemas não permanece em equilíbrio, refletindo melhor como as galáxias evoluem continuamente.
Novos dados do James Webb Space Telescope ampliaram essa compreensão. Três anos atrás, os cientistas começaram um projeto para incorporar essas informações em um modelo do que a Via Láctea pode ter parecido durante o primeiro bilhão de anos de sua existência.
Agora conseguem comparar as previsões com os dados que o Webb coleta atualmente para identificar o que corresponde e o que falta no modelo.
Diversidade galáctica e fenômenos inesperados
Ao retroceder no tempo das simulações, os cientistas observam uma teia de galáxias grandes e pequenas de todos os tipos diferentes, que eventualmente se fundiram na Via Láctea moderna.
O modelo rastreia milhares de subsistemas e calcula diretamente como todos eles apareceriam para os telescópios espaciais mais poderosos — uma quantidade várias ordens de magnitude maior que a simulada anteriormente.
Nesse Universo primitivo, algumas estruturas explodem em formação de estrelas, outras estão mortas e algumas estão no processo de morrer. Uma descoberta foi que o modelo prevê a existência de “galáxias” que não possuem nenhuma estrela, mas ainda assim brilham.
Algumas dessas podem ter tido estrelas que explodiram ou colapsaram diretamente em buracos negros; outras podem nunca ter contido nada além de gás.
Outro achado resolve um quebra-cabeça antigo da astrofísica estelar: nas galáxias típicas que observamos hoje, as menores e mais fracas contêm menos ferro. Porém, esse padrão se quebra em sistemas extremamente fracos, onde a quantidade de ferro permanece constante, independentemente da massa.
A simulação sugere que explosões de estrelas Population III — remanescentes antigos demais para serem observadas diretamente pelos telescópios, formadas apenas de hidrogênio e hélio — produzem mais ferro que outras supernovas. Galáxias grandes conseguem reter esse ferro pela gravidade, mas galáxias pequenas o perdem para o espaço.
Até agora, nenhuma simulação tinha conseguido reproduzir esse comportamento específico — um resultado que abre novos caminhos para entender a química das primeiras galáxias.
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