Simulação computacional revela como o universo deixou de ser escuro para se tornar transparente

Simulações computacionais de alta precisão revelaram o processo de transição do cosmos da escuridão para a transparência nos seus primeiros 2 bilhões de anos. O estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, utilizou o supercomputador Frontier, nos Estados Unidos, para rodar o modelo Lumina. A ferramenta recriou a evolução de uma região do espaço com 1,6 bilhão de anos-luz de lado, monitorando a interação entre a matéria escura — que atua como a estrutura gravitacional para a formação de galáxias — e centenas de bilhões de partículas de gás.

A dissipação da era das trevas cósmicas

Logo após o Big Bang, a expansão do Universo resultou no resfriamento do espaço, que ficou preenchido por uma névoa de hidrogênio e hélio. Esse gás bloqueava a passagem de luzes energéticas, como o ultravioleta, caracterizando a chamada era das trevas cósmicas.

A simulação demonstra que a transparência do cosmos ocorreu de forma gradual e desigual:

• Primeira etapa: Cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas surgiram e emitiram luz capaz de romper os átomos de gás ao redor. Esse processo começou nas regiões com maior concentração de galáxias, enquanto os grandes vazios permaneceram escuros. Os últimos bolsões dessa névoa desapareceram por volta de 1 bilhão de anos após a origem do Universo.
• Segunda etapa: Devido à resistência dos átomos de hélio, foi necessária uma radiação mais intensa, proveniente de quasares (buracos negros gigantes que brilham ao consumir gás). Como esses objetos são raros e potentes, criaram bolhas de luz maiores e mais dispersas, completando o processo próximo aos 2 bilhões de anos.

O modelo Lumina é o primeiro a detalhar ambas as fases, confirmando que as estrelas foram as principais responsáveis pela limpeza da névoa, enquanto os buracos negros tiveram uma participação menor. Além disso, a simulação revelou que raios X emitidos por galáxias aqueciam o gás antes mesmo da chegada da luz estelar, dado que auxilia radiotelescópios na busca por sinais ainda não detectados.

Divergências com o telescópio James Webb

Embora a simulação coincida com a maioria das observações astronômicas, há uma discrepância significativa em relação aos dados do telescópio espacial James Webb. O modelo Lumina falha ao representar as galáxias gigantes, com massa superior a 100 bilhões de vezes a do Sol, que aparecem em maior número e com mais brilho nas observações reais do que na simulação.

Essa diferença sugere que as galáxias no início do Universo podem ter crescido em um ritmo superior ao previsto pelas teorias atuais. As hipóteses para esse fenômeno incluem:

1. Uma produção de estrelas mais acelerada ou a criação de estrelas gigantes em maior escala;
2. A necessidade de ajustes nas leis físicas utilizadas para descrever o cosmos;
3. Possíveis margens de erro nas medições efetuadas pelo telescópio Webb.

Os dados do Lumina serão abertos à comunidade científica em 2028. Para os pesquisadores, a utilidade do modelo reside tanto nas confirmações da física conhecida quanto na identificação exata de onde as teorias vigentes precisam de revisão.