A maior simulação cosmológica já criada usando algoritmos para a missão Euclid

O consórcio que comanda a missão Euclid da Agência Espacial Europeia (ESA) publicou a simulação mais abrangente do cosmos até o momento. A modelagem foi baseada em algoritmos desenvolvidos pelo professor Joachim Stadel, da UZH. 

 Imagem extraída do catálogo de simulações Euclid Flagship. Cada ponto representa uma galáxia: pontos azuis marcam galáxias no centro de aglomerados de matéria escura, enquanto pontos vermelhos indicam satélites dentro deles. Crédito: Jorge Carretero e Pau Tallada, Port d'Informació Científica / Consórcio Euclid

O Consórcio Euclid lançou o modelo de galáxia Flagship 2 — a maior simulação sintética do universo já criada. Ele contém 3,4 bilhões de galáxias, cada uma com 400 propriedades modeladas, como brilho, posição, velocidade e forma. A simulação foi projetada para ajudar os cientistas a interpretar e analisar os enormes conjuntos de dados gerados pelo Euclid, o telescópio espacial da ESA que tem observado o cosmos desde junho de 2023 com resolução sem precedentes.

A simulação é baseada em um algoritmo desenvolvido pelo astrofísico Joachim Stadel, da UZH. O cálculo foi realizado em 2019 no supercomputador Piz Daint, no Centro Nacional Suíço de Supercomputação (CSCS), em Lugano. Na época, o Piz Daint era o terceiro supercomputador mais poderoso do mundo — e mais de 80% de sua capacidade total era dedicada ao projeto.

"Foi um enorme desafio simular uma porção tão grande do universo nessa resolução em um único cálculo", lembra Stadel.

O cálculo rastreou as interações gravitacionais de quatro trilhões de partículas. Em uma segunda etapa, essas estruturas foram preenchidas com galáxias que se encontram dentro do campo de visão de Euclides, produzindo um modelo realista do que Euclides realmente observará.

Preparando análise automatizada de dados

"Essas simulações são cruciais para preparar a análise dos dados do Euclid", explica Julian Adamek, do Departamento de Astrofísica da UZH, que colaborou com Stadel e Aurel Schneider no projeto. O Euclid produz dados em tal volume e velocidade que eles precisam primeiro ser processados ​​automaticamente. A metodologia para interpretar esses dados teve que ser desenvolvida com antecedência — por meio de simulações.

O modelo de galáxia Flagship 2 é baseado no modelo cosmológico padrão e incorpora o estado atual do conhecimento sobre a composição e evolução do universo. Stadel e Adamek esperam que as observações de Euclides confirmem amplamente a distribuição de matéria prevista na simulação.

Rachaduras no modelo padrão

Ao mesmo tempo, os pesquisadores antecipam surpresas e descobertas inesperadas. "Já vemos indícios de rachaduras no modelo padrão", diz Stadel. Euclides pode revelar outros fenômenos que não podem ser explicados dentro do arcabouço teórico atual. 

"Será emocionante ver se o modelo se sustenta em relação aos dados de alta precisão do Euclid — ou se descobriremos sinais de novas deficiências", acrescenta Adamek.

A missão também visa lançar luz sobre a natureza da energia escura — a força misteriosa que impulsiona a expansão cósmica. "No modelo, a energia escura é apenas uma constante que explica a expansão do universo", diz Stadel.

Os dados de Euclides agora permitem aos astrônomos olhar para trás, até 10 bilhões de anos na história cósmica. "Podemos ver como o universo se expandiu naquela época e medir se essa constante realmente permaneceu constante", observa Adamek.

Embora Euclides ainda não forneça respostas definitivas, Stadel está convencido: "Euclides nos levará um passo mais perto da compreensão do misterioso reino da energia escura".

Resolução sem precedentes

Euclid é o levantamento mais abrangente do cosmos já realizado — não apenas em escala, mas também em precisão. Sua alta resolução permite que pesquisadores detectem até mesmo distorções mínimas em imagens de galáxias causadas por lentes gravitacionais. Esses efeitos, produzidos por regiões de alta densidade de massa que curvam a luz, revelam como a matéria escura invisível está distribuída pelo universo.

Medições espectroscópicas de Euclides também permitem aos cientistas determinar distâncias entre galáxias com grande precisão. Juntas, essas técnicas criam um mapa tridimensional de galáxias abrangendo uma esfera cósmica com um raio de 10 bilhões de anos-luz.

Vislumbre de fenômenos cósmicos raros

Adamek espera que Euclides também revele fenômenos cósmicos raros. "Alguns eventos são extremamente incomuns, mas como Euclides abrange uma região tão vasta, as chances de encontrar objetos inesperados ou raros são altas."

Em março de 2025, a Euclid divulgou seus primeiros dados observacionais. Esta "Divulgação Rápida de Dados" representou apenas uma pequena fração do conjunto completo de dados da missão, mas já ofereceu novos insights sobre a teia cósmica e os aglomerados de galáxias. Anteriormente, pesquisas relacionadas também foram publicadas na revista Astronomy & Astrophysics . A publicação de novos conjuntos de dados está prevista para a primavera de 2026.

Phys.org