Quinze mil processadores recriaram os primeiros 2 bilhões de anos do Universo dentro de um cubo virtual de 1,5 bilhão de anos-luz
Modelo computacional acompanha a formação de galáxias e a reionização do Universo jovem para testar previsões com os telescópios James Webb e Nancy Roman
Uma simulação científica chamada Lumina reconstruiu a evolução do Universo jovem, acompanhando a formação das primeiras galáxias e a transformação do gás primordial durante aproximadamente 2 bilhões de anos. Desenvolvido por pesquisadores de Harvard, Smithsonian e MIT, o projeto utilizou o supercomputador Frontier para calcular a interação entre matéria escura, gás e radiação. O resultado permite investigar processos que os telescópios conseguem observar apenas em momentos isolados da história cósmica.
Como a simulação Lumina conseguiu reconstruir os primeiros 2 bilhões de anos do Universo?
A simulação começa aproximadamente 45 milhões de anos depois do Big Bang, quando o Universo atravessava a chamada idade das trevas cósmicas. Nesse período, o hidrogênio neutro predominava no espaço, enquanto pequenas diferenças de densidade começavam a orientar a formação das primeiras estruturas gravitacionais.
A equipe criou um volume virtual com cerca de 500 megaparsecs de lado, equivalentes a aproximadamente 1,6 bilhão de anos-luz. Dentro desse espaço, o programa calculou como a gravidade concentrava matéria escura e gás, favorecendo o nascimento de estrelas, galáxias e buracos negros ao longo do tempo.
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Como milhares de processadores conseguiram executar a simulação Lumina?
O projeto utilizou o supercomputador Frontier, instalado no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos. Para realizar os cálculos, os pesquisadores combinaram modelos de formação galáctica com algoritmos capazes de acompanhar a propagação da radiação através do gás.
O processamento exigiu cinco recursos fundamentais:
- Mais de 105 mil núcleos de processamento convencional;
- 7.536 aceleradores gráficos AMD, com aproximadamente 15 mil unidades internas de processamento gráfico;
- Cerca de meio trilhão de elementos representando gás e matéria escura;
- Algoritmos de transporte de radiação e evolução química;
- Processamento paralelo para acompanhar diferentes escalas cósmicas.
Por que a simulação Lumina acompanha a transformação do hidrogênio e do hélio?
Depois que o Universo esfriou, grande parte do hidrogênio tornou-se eletricamente neutra. Com o nascimento das primeiras estrelas, a radiação ultravioleta começou a arrancar elétrons desses átomos, provocando um processo conhecido como reionização.
A Lumina também acompanha a reionização do hélio, associada à radiação mais energética emitida por núcleos galácticos ativos, alimentados por buracos negros supermassivos. Pela primeira vez, uma simulação desse porte calculou simultaneamente esses processos e seus efeitos sobre a temperatura e a evolução do gás intergaláctico.
Qual estudo científico apresentou os resultados da simulação Lumina?
O estudo original publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, em 26 de outubro de 2026, foi liderado por Oliver Zier, com participação de Mark Vogelsberger, Xuejian Shen e outros pesquisadores de instituições internacionais.
O trabalho aperfeiçoou a base computacional IllustrisTNG, incorporando cálculos de transferência radiativa e processos químicos. Segundo os autores, a Lumina alcançou um volume mais de cem vezes superior ao de simulações anteriores comparáveis, mantendo resolução suficiente para estudar a formação de galáxias individuais.
Quais números mostram a escala extraordinária da simulação Lumina?
O volume simulado mede aproximadamente 500 megaparsecs de cada lado, enquanto a resolução envolve cerca de 432 bilhões de elementos computacionais. O processamento utilizou 1.884 nós do Frontier, com memória máxima próxima de 600 terabytes durante a execução.
Uma distinção importante é que a expressão aproximadamente 15 mil processadores gráficos corresponde às unidades internas de processamento: o artigo técnico registra 7.536 aceleradores físicos AMD. O número de núcleos convencionais também ultrapassou 105 mil.
| Indicador da Lumina | Resultado documentado |
|---|---|
| Período cósmico simulado | De cerca de 45 milhões a 2 bilhões de anos após o Big Bang |
| Lado do cubo virtual | 500 megaparsecs, cerca de 1,6 bilhão de anos-luz |
| Elementos computacionais | Aproximadamente 432 bilhões |
| Aceleradores gráficos | 7.536 unidades AMD |
| Núcleos de CPU | 105.504 |
Como o James Webb e o telescópio Nancy Roman poderão testar a simulação Lumina?
O James Webb já observa galáxias que existiam durante os primeiros bilhões de anos do Universo. Ao comparar suas propriedades com as populações produzidas pela Lumina, os astrônomos poderão verificar se os modelos reproduzem corretamente a formação estelar, a distribuição de gás e o crescimento das estruturas cósmicas.
O telescópio espacial Nancy Grace Roman deverá ampliar essas comparações por meio de levantamentos de grandes regiões do céu. A Lumina não é uma gravação do passado, mas uma previsão construída com leis físicas e condições iniciais. Se as observações divergirem dos resultados simulados, os cientistas poderão identificar processos ainda incompletos nos modelos e aperfeiçoar a compreensão da evolução do Universo.
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