O Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês) e o futuro telescópio Nancy Roman estão ampliando o conhecimento sobre os primórdios do Universo. Para ajudar a interpretar essas observações, pesquisadores do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian desenvolveram o Lumina, uma das simulações mais detalhadas já produzidas sobre os primeiros bilhões de anos da história cósmica.

O modelo publicado em uma renomada revista científica reproduz a interação entre matéria comum, matéria escura e radiação nos dois bilhões de anos após o Big Bang. A ferramenta permite que cientistas comparem previsões teóricas com dados observacionais e avaliem se os atuais modelos cosmológicos continuam válidos.

O projeto dá continuidade a séculos de esforços para compreender a formação de estrelas, galáxias e outras estruturas do cosmos. Hoje, supercomputadores transformam teorias em previsões precisas, permitindo que discrepâncias entre simulações e observações revelem possíveis lacunas no conhecimento científico.

Segundo o pesquisador Oliver Zier, principal autor do estudo, o Universo primordial tornou-se uma nova fronteira da astrofísica graças ao JWST. Ele afirma que o Lumina traduz teorias complexas em previsões detalhadas, facilitando a interpretação das descobertas feitas pelo telescópio.

Considerada a maior simulação cosmológica de hidrodinâmica com radiação já realizada, o Lumina acompanha o surgimento das primeiras galáxias e as transformações do gás espalhado pelo cosmos. O modelo rastreia como luz, matéria escura e gás interagiram para moldar as estruturas observadas atualmente.

Para se ter uma ideia, a simulação cobre uma região mais de 100 vezes maior do que a de modelos comparáveis anteriores e é a primeira a capturar a reionização do hélio — fase em que a radiação das primeiras fontes energéticas ionizou o gás no Universo — em tempo real dentro da evolução cósmica. O volume analisado equivale a um cubo de cerca de 1,5 bilhão de anos-luz de lado, escala semelhante à acessível pelos telescópios mais poderosos da atualidade.

Ainda segundo os pesquisadores, desenvolver o Lumina exigiu mais de 15 mil unidades de processamento gráfico (GPUs, na sigla em inglês) operando no supercomputador Frontier, no Tennessee. A equipe pretende utilizar a plataforma para investigar o fluxo de gases entre galáxias, o papel da radiação remanescente do Big Bang e a formação de regiões de intensa atividade estelar, ampliando os testes sobre a evolução do Universo.