O violento nascimento simulado de um aglomerado de galáxias, onde as estruturas da matéria escura (em branco) se fundem, enquanto buracos negros supermassivos e supernovas expelem o gás cósmico (o movimento do gás é mostrado em vermelho). (Créditos da imagem: TNG Collaboration).

Como o Universo se formou? Como as complexas estruturas que formam as galáxias se diversificaram? A fim de desvendar essas questões, uma equipe de cientistas criou o TNG50, a simulação mais detalhada do Universo até o momento.

A simulação possui cerca de 230 milhões de anos-luz de largura, contém dezenas de milhares de galáxias em evolução, com níveis de detalhe anteriormente vistos apenas em modelos de galáxias únicas. A simulação acompanhou mais de 20 bilhões de partículas representando matéria escura, gases, estrelas e buracos negros supermassivos, durante um período de 13,8 bilhões de anos.

A resolução e escala sem precedentes permitiram que os pesquisadores reunissem insights importantes sobre o passado de nosso próprio Universo, revelando como várias galáxias de formas peculiares se transformaram e como explosões estelares e buracos negros desencadearam evoluções galácticas. Os resultados foram publicados em dois artigos que serão apresentados na edição deste mês da revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

O TNG50 é a mais recente simulação criada pelo IllustrisTNG Project, que visa construir uma imagem completa de como o nosso Universo evoluiu desde o Big Bang, produzindo um Universo em grande escala sem sacrificar os detalhes das galáxias individuais.

Mas para alcançar este ponto não foi fácil. A equipe utilizou 16 mil núcleos de processador do supercomputador Hazel Hen, que fica em Stuttgart, na Alemanha, por mais de um ano.

O investimento valeu a pena, no entanto.

“Em nossa simulação, vemos fenômenos que não foram programados explicitamente no código. Esses fenômenos emergem de uma maneira natural, a partir da complexa interação dos ingredientes físicos básicos de nosso Universo modelo”, disse um dos autores do estudo, Dylan Nelson, pós-doutorando do Instituto Max Planck de Astrofísica (Alemanha), em um comunicado.

O TNG50 permitiu aos pesquisadores analisar como as galáxias podem ter surgido das turbulentas nuvens de gás presentes logo após o nascimento do Universo. Os pesquisadores descobriram que as galáxias em forma de disco comuns à nossa vizinhança cósmica emergiram naturalmente dentro de sua simulação e produziram estruturas internas, incluindo braços em espiral e buracos negros supermassivos. Quando compararam o Universo gerado por computador com observações reais, descobriram que a simulação era qualitativamente consistente com a realidade.

A simulação também gerou explosões de supernovas e buracos negros supermassivos criarem fluxos de gás em alta velocidade. Embora eles se dirigissem para fora das galáxias, a gravidade trouxe grande parte do gás de volta aos discos galácticos, redistribuindo-o na borda externa e criando um ciclo de realimentação. Esse gás, além de mudar a estrutura da galáxia, serviu para “reciclar” os ingredientes para a formação de novas estrelas.

Apesar dessas descobertas iniciais, a equipe está longe de terminar de dissecar seu modelo. Eles também planejam liberar todos os dados da simulação publicamente para os astrônomos de todo o mundo possam estudá-los, levando a muitas mais revelações sobre o Universo. [LiveScience].