Treze trilhões de partículas de matéria escura caberam numa simulação que atravessa 28,6 bilhões de anos-luz e terminou em apenas quatro dias
Supercomputador Aurora utiliza cerca de 50 mil GPUs para reproduzir a evolução da matéria escura e testar sinais sobre os primeiros instantes do Universo
Um supercomputador nos Estados Unidos reproduziu a evolução cósmica em uma escala extraordinária. O Aurora simulou 13,4 trilhões de partículas de matéria escura em um cubo de 28,6 bilhões de anos-luz de lado, completando duas execuções gigantescas em aproximadamente quatro dias. O resultado permitirá testar métodos usados para investigar a origem do Universo.
Por que as simulações cosmológicas precisam representar trilhões de partículas?
A matéria escura não emite nem absorve luz detectável, mas sua gravidade influencia a formação das galáxias. Em modelos computacionais, partículas numéricas representam porções dessa matéria invisível, permitindo acompanhar como pequenas diferenças de densidade evoluem até formar filamentos, aglomerados e grandes vazios.
O desafio está em combinar extensão e detalhamento. Simulações pequenas conseguem representar estruturas individuais, mas não reproduzem adequadamente fenômenos que aparecem em escalas cosmológicas. Para investigar sinais extremamente sutis do Universo primordial, os pesquisadores precisam calcular a evolução de volumes imensos.
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Como o Aurora completou uma tarefa gigantesca em apenas quatro dias?
A equipe do Laboratório Nacional de Argonne utilizou o supercomputador Aurora, instalado em Illinois, nos Estados Unidos. Cada execução mobilizou 8.100 nós computacionais e aproximadamente 50 mil unidades de processamento gráfico, conhecidas como GPUs.
Os cálculos utilizaram o programa HACC, desenvolvido para simulações cosmológicas de grande escala. Diferentemente de modelos que também acompanham gases e estrelas, essas execuções consideraram apenas a evolução gravitacional, permitindo trabalhar com um número maior de partículas.
A operação alcançou dimensões impressionantes:
- Cada simulação acompanhou 13,4 trilhões de partículas;
- O volume representado tinha 28,6 bilhões de anos-luz de lado;
- Aproximadamente 50 mil GPUs participaram de cada execução;
- Foram escritos mais de 85 petabytes de dados;
- Cerca de oito petabytes permaneceram destinados às análises científicas.
O vídeo oficial Computing the Cosmos with Argonne’s Aurora Exascale Supercomputer apresenta o uso do Aurora em pesquisas cosmológicas e explica como a computação de alto desempenho ajuda a reconstruir a evolução do Universo.
Como as simulações cosmológicas espelhadas conseguem reduzir o ruído estatístico?
Os pesquisadores produziram dois universos virtuais com o mesmo modelo cosmológico e o mesmo sinal físico de interesse. A diferença está nas fases iniciais das perturbações de densidade, invertidas entre as execuções para criar versões estatisticamente espelhadas.
Quando os resultados são analisados conjuntamente, parte das flutuações aleatórias tende a se cancelar. Isso reduz a variância cósmica, uma incerteza associada ao fato de que observações reais abrangem apenas uma quantidade finita do Universo.
O que o Laboratório de Argonne pretende investigar com esses resultados?
Em comunicado oficial publicado em 19 de outubro de 2026, o laboratório explicou que o projeto, liderado por Nicholas Frontiere, pretende estudar possíveis vestígios da inflação cósmica, período hipotético de expansão extremamente rápida nos primeiros instantes do Universo.
Uma das propriedades investigadas é a não gaussianidade primordial. Modelos inflacionários simples preveem flutuações aproximadamente gaussianas, enquanto desvios poderiam indicar processos físicos adicionais. Para avaliar essa possibilidade, os cientistas inseriram nas simulações um sinal de intensidade desconhecida pelas equipes responsáveis pelos testes.
Quais números mostram a dimensão dessas simulações cosmológicas?
O Aurora possui 10.624 nós computacionais e 63.744 GPUs em sua configuração completa. As execuções utilizaram grande parte dessa infraestrutura, incluindo sistemas de memória capazes de manter informações sobre trilhões de partículas durante os cálculos.
A enorme produção de dados também exigiu armazenamento especializado. Boa parte dos 85 petabytes escritos correspondeu a pontos de recuperação, necessários para retomar operações interrompidas. Apenas uma fração foi conservada para as investigações posteriores.
| Indicador | Resultado |
|---|---|
| Partículas por simulação | 13,4 trilhões |
| Lado do volume simulado | 28,6 bilhões de anos-luz |
| Processamento utilizado | 8.100 nós e cerca de 50 mil GPUs |
| Dados preservados para análise | Aproximadamente 8 petabytes |
Por que esses universos virtuais poderão melhorar os levantamentos astronômicos?
As simulações servirão para criar mapas artificiais do céu e catálogos de estruturas de matéria escura, permitindo testar métodos utilizados em levantamentos como DESI e SPHEREx. Os pesquisadores poderão verificar se suas ferramentas recuperam corretamente o sinal oculto antes de aplicá-las às observações reais.
Entretanto, os resultados não comprovam uma teoria específica sobre a inflação nem identificam a natureza da matéria escura. Sua importância está em oferecer um laboratório computacional controlado, capaz de revelar erros de análise e aumentar a confiabilidade das futuras interpretações cosmológicas.
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