{"id":6467,"date":"2023-10-27T06:34:32","date_gmt":"2023-10-27T05:34:32","guid":{"rendered":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=6467"},"modified":"2023-10-27T06:34:33","modified_gmt":"2023-10-27T05:34:33","slug":"astronomos-realizam-a-maior-simulacao-cosmologica-computorizada-de-sempre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2023\/10\/27\/astronomos-realizam-a-maior-simulacao-cosmologica-computorizada-de-sempre\/","title":{"rendered":"Astr\u00f3nomos realizam a maior simula\u00e7\u00e3o cosmol\u00f3gica computorizada de sempre"},"content":{"rendered":"
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A imagem de fundo mostra a distribui\u00e7\u00e3o atual da mat\u00e9ria numa “fatia” da maior simula\u00e7\u00e3o FLAMINGO, que \u00e9 um volume c\u00fabico com 2,8 Gpc (9,1 mil milh\u00f5es de anos-luz) de lado. A luminosidade da imagem de fundo indica a distribui\u00e7\u00e3o atual da mat\u00e9ria escura, enquanto a cor indica a distribui\u00e7\u00e3o dos neutrinos. As inser\u00e7\u00f5es mostram tr\u00eas amplia\u00e7\u00f5es consecutivas centradas no enxame de gal\u00e1xias mais massivo; por ordem, mostram a temperatura do g\u00e1s, a densidade da mat\u00e9ria escura e uma observa\u00e7\u00e3o virtual de raios X (da Figura 1 de Schaye et al. 2023).
Cr\u00e9dito: Josh Borrow, equipa FLAMINGO e Cons\u00f3rcio Virgo<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Uma equipa internacional de astr\u00f3nomos levou a cabo o que se cr\u00ea ser a maior simula\u00e7\u00e3o cosmol\u00f3gica computorizada de sempre, rastreando n\u00e3o s\u00f3 a mat\u00e9ria escura, mas tamb\u00e9m a mat\u00e9ria normal (como planetas, estrelas e gal\u00e1xias), dando-nos um vislumbre de como o nosso Universo poder\u00e1 ter evolu\u00eddo. As simula\u00e7\u00f5es do projeto FLAMINGO (Full-hydro Large-scale structure simulations with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations) calculam a evolu\u00e7\u00e3o de todos os componentes do Universo – mat\u00e9ria comum, mat\u00e9ria escura e energia escura – de acordo com as leis da f\u00edsica. \u00c0 medida que a simula\u00e7\u00e3o avan\u00e7a, surgem gal\u00e1xias virtuais e enxames virtuais de gal\u00e1xias. Foram publicados tr\u00eas artigos na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: um que descreve os m\u00e9todos, outro que apresenta as simula\u00e7\u00f5es e o terceiro que examina a forma como as simula\u00e7\u00f5es reproduzem a estrutura em grande escala do Universo.<\/p>\n\n\n\n

Equipamentos como o Telesc\u00f3pio Espacial Euclid, recentemente lan\u00e7ado pela ESA, e o JWST da NASA recolhem quantidades impressionantes de dados sobre gal\u00e1xias, quasares e estrelas. Simula\u00e7\u00f5es como o FLAMINGO desempenham um papel fundamental na interpreta\u00e7\u00e3o cient\u00edfica dos dados, ligando as previs\u00f5es das teorias do nosso Universo aos dados observados.<\/p>\n\n\n\n

De acordo com a teoria, as propriedades de todo o nosso Universo s\u00e3o definidas por alguns n\u00fameros chamados “par\u00e2metros cosmol\u00f3gicos” (seis na vers\u00e3o mais simples da teoria). Os valores destes par\u00e2metros podem ser medidos com grande exatid\u00e3o de v\u00e1rias formas. Um desses m\u00e9todos baseia-se nas propriedades da radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo, um brilho t\u00e9nue de fundo deixado pelo Universo primitivo. No entanto, estes valores n\u00e3o coincidem com os medidos por outras t\u00e9cnicas que se baseiam na forma como a for\u00e7a gravitacional das gal\u00e1xias dobra a luz (efeito de lente). Estas “tens\u00f5es” poder\u00e3o assinalar o fim do modelo padr\u00e3o da cosmologia – o modelo da mat\u00e9ria escura fria.<\/p>\n\n\n\n

As simula\u00e7\u00f5es em computador podem ser capazes de revelar a causa destas tens\u00f5es porque podem informar os cientistas sobre poss\u00edveis enviesamentos (erros sistem\u00e1ticos) nas medi\u00e7\u00f5es. Se nenhum destes erros for suficiente para explicar as tens\u00f5es, a teoria estar\u00e1 em s\u00e9rios problemas.<\/p>\n\n\n\n

At\u00e9 agora, as simula\u00e7\u00f5es computacionais utilizadas para comparar com as observa\u00e7\u00f5es apenas seguem a mat\u00e9ria escura fria. “Embora a mat\u00e9ria negra domine a gravidade, a contribui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria vulgar j\u00e1 n\u00e3o pode ser negligenciada”, diz o l\u00edder da investiga\u00e7\u00e3o Joop Schaye (Universidade de Leiden), “uma vez que essa contribui\u00e7\u00e3o pode ser semelhante aos desvios entre os modelos e as observa\u00e7\u00f5es”.<\/p>\n\n\n\n

Os primeiros resultados mostram que tanto os neutrinos como a mat\u00e9ria comum s\u00e3o essenciais para fazer previs\u00f5es exatas, mas n\u00e3o eliminam as tens\u00f5es entre as diferentes observa\u00e7\u00f5es cosmol\u00f3gicas.<\/p>\n\n\n\n

As simula\u00e7\u00f5es que tamb\u00e9m seguem a mat\u00e9ria comum (ou bari\u00f3nica) s\u00e3o muito mais dif\u00edceis e requerem muito mais poder de computa\u00e7\u00e3o. Isto porque a mat\u00e9ria comum – que constitui apenas 16% de toda a mat\u00e9ria do Universo – sente n\u00e3o s\u00f3 a gravidade, mas tamb\u00e9m a press\u00e3o do g\u00e1s, o que pode fazer com que a mat\u00e9ria seja expelida das gal\u00e1xias para o espa\u00e7o intergal\u00e1ctico por buracos negros ativos e supernovas. A for\u00e7a destes ventos intergal\u00e1cticos depende de explos\u00f5es no meio interestelar e \u00e9 muito dif\u00edcil de prever. Al\u00e9m disso, a contribui\u00e7\u00e3o dos neutrinos, part\u00edculas subat\u00f3micas de massa muito pequena, mas n\u00e3o conhecida com precis\u00e3o, \u00e9 tamb\u00e9m importante, mas o seu movimento ainda n\u00e3o foi simulado.<\/p>\n\n\n\n

Os astr\u00f3nomos completaram uma s\u00e9rie de simula\u00e7\u00f5es em computador que acompanham a forma\u00e7\u00e3o de estruturas na mat\u00e9ria escura, na mat\u00e9ria normal e nos neutrinos. O estudante de doutoramento Roi Kugel (Universidade de Leiden) explica: “O efeito dos ventos gal\u00e1cticos foi calibrado usando aprendizagem de m\u00e1quina, comparando as previs\u00f5es de muitas simula\u00e7\u00f5es diferentes de volumes relativamente pequenos com as massas observadas das gal\u00e1xias e a distribui\u00e7\u00e3o do g\u00e1s nos enxames de gal\u00e1xias”.<\/p>\n\n\n\n

Os investigadores simularam o modelo que melhor descreve as observa\u00e7\u00f5es de calibra\u00e7\u00e3o com um supercomputador em diferentes volumes c\u00f3smicos e a diferentes resolu\u00e7\u00f5es. Al\u00e9m disso, variaram os par\u00e2metros do modelo, incluindo a for\u00e7a dos ventos gal\u00e1cticos, a massa dos neutrinos e os par\u00e2metros cosmol\u00f3gicos em simula\u00e7\u00f5es de volumes ligeiramente mais pequenos, mas ainda assim grandes.<\/p>\n\n\n\n

A maior simula\u00e7\u00e3o utiliza 300 mil milh\u00f5es de elementos de resolu\u00e7\u00e3o (part\u00edculas com a massa de uma pequena gal\u00e1xia) num volume c\u00fabico com arestas de dez mil milh\u00f5es de anos-luz. Pensa-se que esta \u00e9 a maior simula\u00e7\u00e3o cosmol\u00f3gica computorizada com mat\u00e9ria comum alguma vez efetuada. Matthieu Schaller (Universidade de Leiden): “Para tornar esta simula\u00e7\u00e3o poss\u00edvel, desenvolvemos um novo c\u00f3digo, SWIFT, que distribui eficientemente o trabalho computacional por 30 mil CPUs”.<\/p>\n\n\n\n

As simula\u00e7\u00f5es FLAMINGO abrem uma nova janela virtual para o Universo que ajudar\u00e1 a tirar o m\u00e1ximo partido das observa\u00e7\u00f5es cosmol\u00f3gicas. Al\u00e9m disso, a grande quantidade de dados (virtuais) cria oportunidades para fazer novas descobertas te\u00f3ricas e testar novas t\u00e9cnicas de an\u00e1lise de dados, incluindo a aprendizagem de m\u00e1quina. Utilizando a aprendizagem de m\u00e1quina, os astr\u00f3nomos podem ent\u00e3o fazer previs\u00f5es para universos virtuais aleat\u00f3rios. Comparando-as com observa\u00e7\u00f5es de estruturas em grande escala, podem medir os valores dos par\u00e2metros cosmol\u00f3gicos. Al\u00e9m disso, podem medir as incertezas correspondentes, comparando-as com observa\u00e7\u00f5es que limitam o efeito dos ventos gal\u00e1cticos.<\/p>\n\n\n\n

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