Galáxia espiral NGC 1300. Clique para ampliar
Pesquisadores aproveitaram o poder de um dos supercomputadores mais rápidos do mundo - o Earth Simulator - para modelar o crescimento de galáxias no início do Universo. A equipe simulou o processo desde o início, logo após o Big Bang, quando grupos de gás se juntaram para formar estrelas que depois se fundiram em coleções cada vez maiores e finalmente se tornaram galáxias. Eles descobriram que galáxias como a Via Láctea provavelmente têm a mesma composição agora do que apenas um bilhão de anos após o Big Bang.
Dois astrônomos realizaram uma das maiores simulações astrofísicas do mundo até o momento, para modelar o crescimento de galáxias. Usando o supercomputador “Earth Simulator” no Japão, que também é usado para modelagem climática e simulação de atividade sísmica, Masao Mori, da Universidade da Califórnia em Los Angeles, e Masayuki Umemura, da Universidade de Tsukuba, calcularam como as galáxias evoluíram em apenas 300 milhões de anos. após o Big Bang até os dias atuais. Os resultados mostram que as galáxias podem ter evoluído muito mais rapidamente do que se acredita atualmente (Nature 440 644).
De acordo com o modelo "hierárquico", as galáxias são formadas através de um processo ascendente que começa com a formação de pequenos aglomerados de gás e estrelas que se fundem em sistemas maiores. Mori e Umemura simularam esse processo usando um poderoso código hidrodinâmico 3D combinado com um código de "síntese espectral" para um plasma astrofísico, a fim de levar em consideração a evolução dinâmica e química de uma galáxia primordial. A simulação do Earth-Simulator foi realizada com uma resolução ultra-alta baseada em 1024 "pontos de grade", tornando-o um dos maiores cálculos já realizados em astrofísica.
Mori e Masayuki estabelecem as condições iniciais em sua simulação com base em um universo frio de matéria escura, cujos parâmetros são determinados por medições do fundo cósmico de microondas. Essas observações, feitas pela primeira vez em 2003, mostram que estamos vivendo em um universo plano que compreende apenas 4% da matéria comum, 22% da matéria escura e 74% da energia escura - de acordo com o modelo padrão de cosmologia. Os pesquisadores compararam diretamente seus resultados numéricos com observações de galáxias primitivas chamadas emissores Lyman-alfa e galáxias "Lyman break", que os astrônomos encontram nas partes mais distantes e, portanto, mais antigas do universo.
Os resultados mostram que as bolhas primordiais de gás que se formaram no universo primitivo, apenas 300 milhões de anos após o Big Bang, realmente se parecem com emissores Lyman-alfa. Após cerca de 1 bilhão de anos, as simulações mostram que essas galáxias se transformam em galáxias de quebra de Lyman. Finalmente, após 10 bilhões de anos de evolução, as estruturas se parecem com as galáxias elípticas atuais.
A simulação também prevê a mistura de elementos químicos na galáxia em cada estágio de sua evolução e sugere que nossa Via Láctea tem aproximadamente a mesma composição hoje do que quando tinha apenas 1 bilhão de anos. Até agora, acreditava-se que as galáxias evoluíram gradualmente e se enriqueceram em elementos mais pesados além do hidrogênio e hélio durante um período de 10 bilhões de anos por repetidas formações de estrelas e explosões de supernovas.
"Nossa descoberta mostra que a formação de galáxias ocorreu muito mais rapidamente e que uma grande quantidade de elementos pesados foi produzida nas galáxias em apenas 1 bilhão de anos", diz Mori.
Fonte original: Instituto de Física
