Astronomos criam primeiro universo virtual e realista

Projecção a larga-escala do volume Illustris a z=0, centrada no enxame mais massivo, a 15 megaparsecs de profundidade. Mostra a densidade de matéria escura sobreposta com o campo de velocidade do gás.Crédito: Colaboração Illustris

Astrónomos criaram o primeiro universo virtual realista usando uma simulação de computador chamada "Illustris". Illustris consegue recrear 13 mil milhões de anos de evolução cósmica num cubo com 350 milhões de anos-luz de aresta e com uma resolução sem precedentes. "Até agora, nenhuma simulação tinha sido capaz de reproduzir o Universo em pequenas e grandes escalas simultaneamente," diz o autor Mark Vogelsberger (MIT/Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica), que conduziu o trabalho em colaboração com investigadores de várias instituições, incluindo o Instituto Heidelberg para Estudos Teóricos na Alemanha.

Estes resultados foram publicados na edição de 8 de Maio da revista Nature. As tentativas anteriores para simular o Universo foram prejudicadas pela falta de poder de computação e pelas complexidades da física subjacente. Como resultado, esses programas ou estavam limitados em resolução, ou viram-se forçados a concentrar-se numa pequena parte do Universo. As simulações anteriores também tiveram problemas na modelagem de feedback complexo derivado da formação estelar, explosões de supernova e buracos negros supermassivos.

O projecto Illustris utiliza um programa de computador sofisticado para recriar a evolução do Universo em alta-fidelidade. Inclui tanto a matéria normal como a matéria escura e usa 12 mil milhões de "pixéis" 3D, ou elementos de resolução. A equipa dedicou cinco anos ao desenvolvimento do programa Illustris. Os cálculos reais demoraram 3 meses de "tempo de execução", usando um total de 8000 CPUs correndo em paralelo. Se tivessem usado um computador de mesa normal, os cálculos teriam levado mais de 2000 anos.

Estas imagens no visível comparam uma fotografia real do céu (à esquerda) obtida com o Telescópio Espacial Hubble, com uma imagem simulada (direita) gerada pelo Illustris. A simulação reproduz com precisão os tamanhos, tipos e cores de galáxias no Universo. Crédito: NASA/Colaboração Illustris

A simulação de computador começou uns meros 12 milhões de anos após o Big Bang. Quando chegou ao presente, os astrónomos contaram mais de 41.000 galáxias num cubo de espaço simulado. É importante salientar que o Illustris produziu uma mistura realista de galáxias espirais como a Via Láctea e de galáxias elípticas em forma de bola de rugby. Também simulou estruturas em larga escala como enxames galácticos e as bolhas e vazios da teia cósmica. Em pequena escala, recriou com precisão as químicas de galáxias individuais.

Como a luz viaja a uma velocidade fixa, quanto mais longe os astrónomos observaram, mais para trás no tempo podiam ver. Uma galáxia a mil milhões de anos-luz é vista como era há mil milhões de anos atrás. Os telescópios como o Hubble podem dar-nos vistas do Universo jovem ao observar grandes distâncias. No entanto, os astrónomos não podem usar o Hubble para seguir a evolução de uma única galáxia ao longo do tempo.

"O Illustris é como uma máquina do tempo. Nós podemos ir para a frente e para trás no tempo. Podemos pausar a simulação e fazer zoom numa única galáxia ou enxame galáctico para ver o que está realmente a acontecer," afirma Genel Shy, co-autor do estudo, do CfA. A equipa lançou um vídeo de alta-definição que mostra os diferentes componentes da simulação para destacar várias camadas (por exemplo: densidade de matéria escura, temperatura do gás ou qímica). O website do projecto também tem outros vídeos e imagens associadas.

Fonte: Astronomia On-Line