Vimos vídeos de lapso de tempo de árvores crescendo ou montanhas se formando, até mesmo da superfície da Terra acelerada para mostrar como os continentes mudaram para suas configurações atuais e se moverão no futuro.
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Agora, podemos ver imagens de lapso de tempo do universo em evolução - 13 bilhões de anos de evolução cósmica, tudo dentro de um cubo de 350 milhões de anos-luz de um lado - encolhidos na tela de nossos computadores. O vídeo acima nos envolve no tempo e no espaço enquanto o gás aquece, as estrelas explodem, as galáxias se formam, os buracos negros devoram e o universo se expande. Vemos as vastas extensões do espaço mapeadas como matéria escura, como a temperatura do gás, como metais pesados, como a luz visível - dados que se sobrepõem e sobrepõem através de 12 bilhões de pixels 3-D.
"Até agora, nenhuma simulação isolada foi capaz de reproduzir o universo em escalas grandes e pequenas simultaneamente", diz Mark Vogelsberger do Centro de Astrofísica MIT / Harvard-Smithsonian (CfA). Vogelsberger, junto com pesquisadores na Alemanha, no Reino Unido e em outras instituições nos Estados Unidos, revelou sua simulação ontem na Nature .
Este universo virtual, mas realista, foi construído com um programa de computador chamado Illustris, que empregou um código complexo para construir o universo desde a sua infância, cerca de 12 milhões de anos após o Big Bang.
A criação de um programa que se estende por bilhões de anos requer um investimento de longo prazo na escala humana - os pesquisadores passaram cinco anos desenvolvendo o Illustris. Dentro disso, cálculos reais levaram três meses de “tempo de execução” em supercomputadores e envolveram 8.000 unidades centrais de processamento (CPUs, cada uma sendo o “cérebro” de um computador) trabalhando simultaneamente. Para comparação, o computador desktop médio trabalhando sozinho teria concluído essa tarefa em 2.000 anos.
Quando a computação terminou nos dias de hoje, a Illustris construiu mais de 41.000 galáxias, junto com aglomerados de galáxias e vazios, que os pesquisadores dizem que capturam muito bem a essência do universo real. Aumentar o zoom revela uma resolução tão fina que é capaz de mostrar as químicas dos gases que rodam em galáxias individuais.
Apenas como funciona a simulação? Um pequeno aspecto é baseado em um princípio fundamental da luz, a substância mais rápida do universo. A luz viaja a uma velocidade conhecida - 299.792.458 metros por segundo - então, quando usamos telescópios para observar uma galáxia a um bilhão de anos-luz de distância, estamos vendo o passado - luz que foi emitida um bilhão de anos atrás. Assim os astrônomos mais distantes olham, o pai volta no tempo eles podem ver.
Mas observações de telescópios só criam partes distintas da evolução do universo e não permitem que ninguém veja como, digamos, uma galáxia específica se transforma através do tempo. Assim, os pesquisadores que construíram a Illustris tiveram que preencher grandes lacunas no espaço e no tempo, sondando os fundamentos de como a matéria normal, a matéria escura e a energia escura - a “coisa” principal do universo - interagem no espaço. Como é de se esperar, complexos processos físicos e químicos influenciam a forma como as estruturas cósmicas se formam.
O pensamento atual sugere que a evolução das feições no espaço “é um processo auto-regulador, no sentido de que as estruturas que se formam, em particular estrelas e buracos negros, afetam seu entorno e a subsequente evolução da próxima geração de estruturas”. autores escrevem no site da Illustris. "Na Illustris, um conjunto abrangente (mesmo que não completo) de processos físicos, como os ventos galácticos dirigidos pela formação de estrelas e a injeção de energia térmica em buracos negros, são modelados em toda a história cósmica." Tais simulações são fundamentais para criar um conjunto realista de galáxias modeladas.
Outros vídeos produzidos pelos autores mostram fatias específicas da simulação - 13 bilhões de anos de temperaturas de gás no espaço, ou a evolução completa de uma galáxia em particular. "Illustris é como uma máquina do tempo", diz o co-autor Shy Genel da CfA. "Podemos avançar e retroceder no tempo. Podemos fazer uma pausa na simulação e ampliar em um único galáxia ou galáxia para ver o que realmente está acontecendo." "
E nós também podemos olhar maravilhados, enquanto voamos através de filamentos remanescentes de redes neurais, no tamanho do espaço e do tempo e o poder da humanidade de simulá-lo.
