Cientistas simulam a evolução do universo em computador

Herton Escobar, no O Estado de S. Paulo

A revista Nature divulgou hoje a nova versão de um modelo científico que simula todo o processo de evolução do universo, desde o seu início (mais especificamente, 12 milhões de anos após o Big Bang) até o dias atuais, 13,8 bilhões de anos depois. O modelo, desenvolvido por um time internacional de cientistas, reproduz de maneira bastante fidedigna a distribuição atual de galáxias e de diferentes tipos de matéria (incluindo a matéria escura) no universo observável, o que atesta sua aplicabilidade como ferramenta de pesquisa para tentar entender como as coisas chegaram a ser do jeito que são hoje e porquê; assim como prever o que vai acontecer com elas no futuro.

Trata-se de um modelo matemático computacional, cujos resultados estão representados visualmente neste vídeo acima (http://youtu.be/SY0bKE10ZDM). Para entender o conceito científico por trás dele, imagine o seguinte: As previsões do tempo e do clima na Terra também são baseadas em modelos matemáticos, rodados em supercomputadores, que simulam o funcionamento dos ventos, das correntes oceânicas, das nuvens, etc, e produzem, com base nisso, uma previsão de qual será o resultado da combinação de todos esses fatores funcionando ao mesmo tempo num determinado período de tempo para uma determinada região.

A melhor maneira de medir a acurácia de um modelo é rodá-lo para um período no passado e ver se a previsão gerada por ele é compatível com o que foi observado na vida real para aquele período (por exemplo, alimentar o modelo com dados referentes à década de 2003-2012 e ver se a previsão dele para 2013 combina com o que o vivenciamos de fato no clima daquele ano). Se ele funcionar bem para o passado, podemos imaginar que as previsões dele para o futuro serão igualmente confiáveis. Todas as previsões de mudança climática para as próximas décadas e séculos, por exemplo, são feitas com base nesse tipo de modelagem matemática.

O que os pesquisadores fizeram neste caso foi mais ou menos a mesma coisa; só que em vez de simular a evolução do clima no nosso pequenino planeta (o que já é um desafio imenso, diga-se de passagem), eles simularam a evolução de toda a matéria no universo por quase 14 bilhões de anos. E o resultado final do modelo é bem parecido com o que enxergamos lá fora hoje no espaço através dos nossos telescópios. O tamanho da “amostra” simulada pelo modelo foi um cubo de 350 milhões de anos-luz de diâmetro, que os pesquisadores consideraram representativo do universo como um todo.

Segundo a narração do vídeo da Nature, rodar essa simulação num computador caseiro levaria cerca de 2 mil anos. Já os autores usaram os maiores supercomputadores do planeta, consumindo 16 milhões de horas de processamento de CPU para isso. Imagine só!

FOTO: Imagem da simulação mostra uma comparação entre a
distribuição de matéria escura (esquerda) e a densidade de
gás visível (direita). Crédito: Illustris Collaboration

Assim como os modelos meteorológicos levam em conta vários fatores climáticos e geofísicos (ventos, correntes, nuvens, montanhas, desertos, variações de temperatura e umidade, etc), esse novo modelo do universo incorpora vários fenômenos cosmológicos e astrofísicos, como aglomerações de galáxias, explosões estelares (supernovas) e radiação de buracos-negros, entre outros. A proposta é que, assim como os meteorologistas usam seus modelos para prever o clima, os astrônomos poderão usar esse e outros modelos do universo para entender e prever o funcionamento do cosmo.

“Se isso soa complicado, não se iluda: é extremamente complicado”, escreve o pesquisador Michael Boylan-Kolchin, do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland, em um comentário publicado junto com o trabalho na revista Nature. “O resultado final, porém, é um universo simulado que se parece incrivelmente com o verdadeiro.”

Um dos diferenciais do novo modelo em relação aos seus antecessores é o seu incrível “poder de zoom”, ou resolução, simulando ao mesmo tempo a distribuição de galáxias na “teia cósmica” do universo e a distribuição de diferentes tipos de matéria dentro dessas mesmas galáxias.

“Atualmente, estas grandes simulações computacionais são capazes de produzir galáxias cada vez mais parecidas com as galáxias do universo real. Isso é alcançado graças a supercomputadores, que proporcionam grande resolução, além de técnicas sofisticadas de se implementar as leis da física nos cálculos computacionais”, disse ao Estado o astrofísico brasileiro Rubens Machado, que trabalha justamente com esse tipo de simulação no Instituto de Astronomia (IAG) da Universidade de São Paulo.

O estudo, liderado por cientistas do MIT e Harvard, pode ser visto aqui: http://www.nature.com/nature/journal/v509/n7499/full/nature13316.html

Uma reportagem no site da Nature sobre o assunto pode ser lida aqui: http://www.nature.com/news/model-universe-recreates-evolution-of-the-cosmos-1.15178

O autor principal do trabalho, Mark Vogelsberger, do MIT, também divulgou um vídeo sobre o estudo, mostrando mais detalhes da simulação: http://youtu.be/NjSFR40SY58