O grande matemático John von Neumann é considerado junto com o britânico Alan Turing como um dos principais pioneiros e criadores da computadores. Costuma-se dizer que a principal motivação de von Neumann era ser capaz de fazer boas previsões meteorológicas. Podemos, portanto, especular sobre as reações que ele teria tido às simulações que os cosmólogos vêm fazendo há cerca de quarenta anos sobre a formação e evolução das galáxias e das grandes estruturas que reúnem aglomerados de galáxias.
Os cosmólogos inicialmente realizaram simulações sobre este assunto apenas com pacotes de matéria escuranegligenciando o que poderia acontecer com a matéria comum, capaz de formar estrelas massivas explodindo em supernovas ou acumulando-se em buracos negros supermassivos. Nestes dois últimos casos, tipos de ventos os fenômenos cósmicos resultantes são capazes de modificar a distribuição da matéria normal, produzindo, portanto, alterações nos campos gravitacionais, capazes de modificar a distribuição da matéria escura.
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Lembre-se de que a matéria escura é supostamente composta de partículas nunca antes vistas em laboratório na Terra e cujas distribuições de massas dominam aqueles da matéria comum, chamada bariônica porque é composta de prótons E nêutrons núcleos. É por esta razão que as primeiras simulações da formação de galáxias utilizaram apenas a matéria escura – o seu campo de gravidade deveria dominar a evolução do cosmos. Em segundo lugar, os computadores ainda não eram suficientemente poderosos para ter em conta com tanta precisão todos os fenómenos possíveis à escala das galáxias.
O professor Carlos Frenk é o diretor fundador doInstituto de Cosmologia Computacionalo grupo de pesquisa da Universidade de Durham. Sua palestra explora como o universo surgiu e o progresso feito nos últimos 30 anos para compreender melhor este ramo da ciência. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © AlcachofraTrust
Simulações mais refinadas na escala das galáxias
Durante muito tempo, estas simulações representaram adequadamente a maioria das observações, mas algumas anomalias poderia colocar em dúvida a precisão do modelo cosmológico padrão baseado na existência da chamada matéria escura fria (porque suas partículas são supostamente lentas e, portanto, formam uma gás frio).
Alguns se perguntaram se isso não significaria abandonar o modelo da matéria fria e substituí-lo por modificações nas leis da mecânica celeste newtoniana no âmbito do Teoria de segunda.
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No entanto, ao longo da última década, com os avanços nos computadores, tornou-se possível fazer simulações cada vez mais realistas e, muito recentemente, as pessoas perguntavam-se se poderiam realmente explicar as grandes galáxias observadas muito cedo na história do cosmos observáveis pelo Telescópio Espacial James Webb. É bastante difícil explicar a sua existência apenas com simulações baseadas na matéria escura.
Muitos cosmólogos e astrofísicos partículas interessadas na matéria escura devem, portanto, estudar cuidadosamente os artigos publicados no Avisos mensais da Royal Astronomical Society e uma versão gratuita também existe em arXiv.
Um comunicado de imprensa do Sociedade Astronômica Real (RAS) explica do que se trata. Aprendemos assim que as simulações realizadas no supercomputador COSMA8 do Instituto de cosmologia Pesquisa Computacional da Universidade de Durham, no Reino Unido. demonstrar que o modelo cosmológico padrão, integrando os principais fenômenos físicoexplica com sucesso o crescimento observado das galáxias, desde o primeiro bilhão de anos após o Big Bang até hoje “.
As simulações foram realizadas durante uma década no âmbito do projeto Colibre por uma equipe internacional dividida entre Europa, Austrália e Estados Unidos.
O famoso cosmólogo Carlos Frenk, membro-chave da equipe Colibre, não esconde o seu entusiasmo no comunicado da RAS: “ É emocionante ver “galáxias” geradas pelo nosso computador, indistinguíveis das galáxias reais e que partilham muitas das propriedades medidas pelo astrônomoscomo seu número, seu brilhodeles cores e suas dimensões. »
Para explorar o universos virtuais gerado pelas simulações, tarefa que pode levar anos, os pesquisadores produziram “ vídeos sonificados » como o mostrado abaixo, onde o som codifica informações físicas adicionais.
Evolução de uma galáxia na simulação L012m5, do redshift z = 5,5 a z = 0. Esta galáxia tem uma massa estelar atual de 6,3 × 10¹⁰ M☉, uma taxa de formação de estrelas de 1,6 M☉/ano e um buraco negro de massa 1,6 × 10⁸ M☉. A escala, no canto superior esquerdo, indica um comprimento de 10 quiloparsecs físicos (pkpc), ou cerca de 32.600 anos-luz. © Colibre Simulações
Simulações consistentes com observações do JWST
Entre os processos físicos mais bem considerados nas simulações do projeto Colibre está a presença de poeira que auxilia na formação de nuvem dehidrogênio molecular e, portanto, para a formação de estrelas. Há também o facto de podermos finalmente simular massas de gás a temperaturas credíveis, ou seja, de acordo com observações frias e em galáxias. Cálculos anteriores só podiam atribuir temperaturas superiores à superfície do Sol – ou seja, acima de 6.000 Kelvins – a estas massas que são, no entanto, essenciais para a compreensão do nascimento das estrelas, incluindo aquelas que darão origem às supernovas SN II.
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Matéria escura (2/2): a continuação da avaliação da caça de Richard Taillet Leia o artigo
É isto que, em última análise, permite a Evgenii Chaikin, da Universidade de Leiden, autora principal de vários artigos que acompanham o Colibre e coautora do estudo principal, afirmar: “ Alguns resultados preliminares do JWST pareciam desafiar o modelo cosmológico padrão. Colibre mostra que, uma vez representados os principais processos físicos de forma mais realista, o modelo é consistente com as nossas observações. »
Bem, quase, porque o comunicado de imprensa do Sociedade Astronômica Real termina dizendo que os famosos e enigmáticos “Little Red Dots” descobertos pelo JWST, talvez representando o germes de buracos negros supermassivos, não são previstos pelo Colibre, que assume a existência de tais sementes. Mas talvez isso mude com modelagem e simulações ainda mais refinadas e poderosas…
O painel, à esquerda, ilustra a tela cósmica, onde a cor representa a densidade projetada do gás e das estrelas. Os dois painéis, à direita, ampliam duas das muitas galáxias formadas pelas simulações. Estas imagens mostram a luz das estrelas obscurecida pela poeira de uma galáxia espiral vista de frente (canto superior direito) e de outra galáxia espiral vista da borda (canto inferior direito). © Schaye e al. (CC POR 4.0)