Simulação recria os primeiros 2 bilhões de anos do Universo e mostra como as primeiras galáxias surgiram

Cientistas desenvolveram uma das simulações mais detalhadas já criadas para investigar os primeiros 2 bilhões de anos do Universo. Batizado de Lumina, o projeto permite acompanhar como a matéria escura, os gases e a radiação interagiram para formar as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros.

A Lumina utiliza um supercomputador para simular a evolução do Universo durante seus primeiros 2 bilhões de anos. Foto: Reprodução.

O trabalho foi desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, conhecido como MIT, da Universidade Harvard e de outras instituições. Publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society em 26 de outubro de 2026, o estudo também apresenta imagens e vídeos que ajudam a visualizar as transformações do cosmos após o Big Bang.

Como funciona a simulação Lumina?

A Lumina utiliza modelos computacionais para reproduzir a evolução de uma enorme região do Universo primitivo. Para isso, o sistema calcula como diferentes componentes cósmicos interagem ao longo do tempo, desde grandes estruturas de matéria escura até os processos que ocorrem dentro de galáxias individuais.

O modelo abrange uma região com aproximadamente 1,6 bilhão de anos luz de extensão. Além disso, acompanha cerca de 500 bilhões de elementos computacionais, permitindo analisar fenômenos em escalas muito diferentes.

Segundo os pesquisadores, a simulação cobre um volume mais de 100 vezes maior que o de projetos anteriores comparáveis. Dessa forma, ela permite estudar estruturas cósmicas extensas sem deixar de representar detalhes importantes da formação das galáxias.

Para realizar os cálculos, a equipe utilizou o supercomputador Frontier, instalado no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos. O equipamento empregou mais de 15 mil unidades de processamento gráfico, conhecidas como GPUs, durante a execução do projeto.

O que aconteceu nos primeiros 2 bilhões de anos do Universo?

Logo após o Big Bang, o Universo era extremamente quente e denso. À medida que se expandiu e esfriou, partículas passaram a formar átomos, incluindo o hidrogênio neutro.

Esse gás dificultava a passagem livre da luz, dando origem ao período conhecido como era das trevas cósmicas. Entretanto, o cenário começou a mudar com o nascimento das primeiras estrelas e galáxias.

A radiação emitida por esses objetos passou a transformar o gás ao redor. Consequentemente, regiões antes opacas se tornaram progressivamente transparentes, permitindo que a luz viajasse por distâncias maiores.

A Lumina acompanha essa evolução e ajuda a investigar como as primeiras estruturas luminosas modificaram o ambiente cósmico. Assim, os cientistas conseguem comparar as previsões dos modelos com os sinais observados pelos telescópios modernos.

A luz das primeiras estrelas transformou o cosmos

Uma das etapas fundamentais reproduzidas pela Lumina é a reionização do hidrogênio. Nesse processo, a radiação ultravioleta das primeiras estrelas remove elétrons dos átomos de hidrogênio, alterando as propriedades do gás que preenchia o Universo.

Com a expansão dessas regiões ionizadas, a luz passou a atravessar o espaço com menos obstáculos. Por isso, compreender esse fenômeno é essencial para explicar como o Universo saiu da fase inicial de escuridão e se tornou o ambiente que os astrônomos observam atualmente.

Além disso, a simulação acompanha a reionização do hélio, uma transformação impulsionada principalmente pela radiação de núcleos galácticos ativos, associados à presença de buracos negros supermassivos.

O diferencial da Lumina está em representar os processos de reionização do hidrogênio e do hélio no mesmo modelo, incluindo os efeitos dessas transformações sobre o gás e a formação de estruturas cósmicas. Segundo os pesquisadores, essa abordagem amplia a capacidade de estudar como as galáxias e o ambiente ao redor evoluíram em conjunto.

Simulação permite observar galáxias em diferentes escalas

Outro avanço da Lumina é a possibilidade de analisar o Universo em diferentes níveis de detalhe. Os pesquisadores conseguem observar grandes filamentos de matéria escura e, em seguida, aproximar a visualização para investigar regiões onde galáxias individuais se formam.

Essas estruturas ajudam a explicar como a matéria se distribuiu ao longo da história cósmica. Sob a influência da gravidade, o material se concentrou em determinadas regiões, criando condições para o nascimento de estrelas e galáxias.

Ao mesmo tempo, a radiação produzida por esses objetos modificou o gás ao redor. Portanto, a formação das galáxias não ocorreu de maneira isolada, mas em interação constante com o ambiente cósmico.

As imagens e os vídeos produzidos pela equipe tornam esses processos mais acessíveis visualmente. No entanto, é importante destacar que a Lumina não é uma gravação real do Universo primitivo. Trata-se de uma representação computacional construída a partir de modelos físicos e condições iniciais definidas pelos cientistas.

Como a Lumina pode ajudar a entender o Universo?

A simulação oferece uma ferramenta para interpretar descobertas feitas por telescópios como o James Webb. Ao comparar as previsões da Lumina com observações reais, os pesquisadores podem verificar se os modelos atuais explicam adequadamente a formação das primeiras galáxias e a evolução do gás cósmico.

Caso apareçam diferenças significativas entre os cálculos e os dados observados, os cientistas poderão investigar quais processos físicos precisam de ajustes ou de novas explicações.

Além disso, o projeto poderá contribuir para pesquisas sobre a movimentação de gases entre galáxias e a influência dos buracos negros na evolução cósmica. Os dados também podem ajudar a prever sinais que futuros instrumentos científicos tentarão detectar.

Dessa maneira, a Lumina não apenas reconstrói parte da história inicial do Universo, mas também oferece novas possibilidades para testar teorias sobre sua evolução.

Embora ainda existam questões em aberto sobre como as primeiras estruturas cósmicas se formaram, simulações desse tipo permitem examinar hipóteses com um nível crescente de detalhe. Com novas observações e modelos mais completos, os pesquisadores esperam ampliar a compreensão dos primeiros capítulos da história do cosmos.

Fonte: VEJA