Astrofísicos de um consórcio internacional publicaram, no domingo (25), imagens que mostram como o Universo emergiu da escuridão primordial. A simulação, chamada Lumina, reproduz os primeiros dois bilhões de anos após o Big Bang, usando dados de satélites e as leis da física conhecidas. O trabalho foi divulgado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society na segunda‑feira (26).
Construindo o universo em supercomputador
Os pesquisadores alimentaram o supercomputador Frontier, um dos mais potentes do planeta, com as condições observadas logo após a explosão cósmica. Foram inseridos parâmetros como a densidade de hidrogênio, hélio e matéria escura, além das constantes gravitacionais. O algoritmo então evoluiu o modelo passo a passo, acompanhando o movimento de centenas de bilhões de partículas de gás e de matéria escura.
O resultado foi um “filme” digital que mostra bolhas de luz surgindo ao redor das primeiras galáxias, expandindo‑se e fundindo‑se até dissipar a névoa gelada que cobria o cosmos. Cada quadro representa cerca de alguns milhões de anos, permitindo observar detalhes que os telescópios ainda não conseguem captar.
Do brilho das primeiras estrelas ao fogo dos quasares
A primeira fase da reionização começou aproximadamente 100 milhões de anos após o Big Bang, quando as primeiras estrelas massivas começaram a queimar hidrogênio e hélio. A radiação ultravioleta dessas estrelas quebrou os átomos de hidrogênio ao redor, tornando o espaço transparente e criando as primeiras “ilhas de luz”.
Entretanto, a simulação revelou que esse processo não ocorreu de forma homogênea. As regiões mais densas em galáxias acenderam primeiro, como bairros que recebem energia antes do restante da cidade, enquanto vastos vazios permaneceram escuros por centenas de milhões de anos.
Uma segunda onda de iluminação aconteceu quando os quasares – buracos negros supermassivos que devoram gás e emitem radiação extrema – entraram em cena. Como o hélio requer energia ainda maior para ser ionizado, apenas a luz intensa desses objetos conseguiu romper a névoa restante. Essa fase, mais tardia, terminou próximo aos dois bilhões de anos de idade do Universo.
- Estrelas: responsáveis pela primeira ruptura da névoa de hidrogênio.
- Quasares: responsáveis pela ionização do hélio e expansão das bolhas maiores.
- Matéria escura: fornece a estrutura gravitacional onde as galáxias se formam.
Desafios e implicações para a cosmologia moderna
Embora a simulação reproduza bem grande parte das observações de telescópios como o Hubble, ela apresenta um déficit de galáxias massivas quando comparada aos achados do telescópio espacial James Webb. Esse descompasso sugere que as galáxias jovens podem ter crescido mais rapidamente do que as teorias atuais preveem.
Os autores interpretam esse resultado como um convite para revisar os modelos de formação estelar e de acreção de matéria escura. Se as galáxias realmente se formaram e evoluíram a uma velocidade superior, isso impacta diretamente a compreensão da distribuição de matéria no Universo e dos processos que levaram à estrutura em grande escala que observamos hoje.
Além disso, a simulação Lumina detectou que raios X provenientes de galáxias já aqueciam a névoa antes mesmo da chegada da luz das primeiras estrelas. Esse aquecimento prévio pode explicar por que alguns radiotelescópios ainda não conseguem detectar o sinal de 21 cm esperado da época da reionização.
Os resultados também reforçam a importância de combinar diferentes tipos de observação – óptica, infravermelha e ondas de rádio – para validar modelos teóricos. O próximo passo dos pesquisadores é ajustar os parâmetros de feedback dos buracos negros e testar novas hipóteses sobre a taxa de formação de estrelas em ambientes de alta densidade.
Em síntese, a simulação Lumina abre uma nova janela para a infância do cosmos, mostrando que o caminho da escuridão para a luz foi pontuado por eventos complexos e interdependentes. Cada bolha, cada galáxia e cada buraco negro desempenharam papéis fundamentais na transição de um Universo opaco para um cosmos brilhante e estruturado.
