A formação de gala¡xias éuma dança complexa entre matéria e energia, ocorrendo em um esta¡gio de proporções ca³smicas e abrangendo bilhaµes de anos. Como a diversidade de gala¡xias estruturadas e dina¢micas que observamos hoje surgiu do caos ardente do Big Bang continua sendo um dos mais difa­ceis enigmas não resolvidos da cosmologia .

Em busca de respostas, uma equipe internacional de cientistas criou o modelo de larga escala mais detalhado do universo atéo momento, uma simulação que eles chamam de TNG50. Seu universo virtual, com cerca de 230 milhões de anos-luz de largura, contanãm dezenas de milhares de gala¡xias em evolução, com na­veis de detalhe anteriormente vistos apenas em modelos de gala¡xias únicas. A simulação acompanhou mais de 20 bilhaµes departículas representando matéria escura , gases, estrelas e buracos negros supermassivos, durante um período de 13,8 bilhaµes de anos. 

A resolução e escala sem precedentes permitiram que os pesquisadores reunissem insights importantes sobre o passado de nosso pra³prio universo, revelando como várias gala¡xias de formas estranhas se transformaram e como explosaµes estelares e buracos negros desencadearam essa evolução gala¡ctica. Seus resultados são publicados em dois artigos que sera£o apresentados na edição de dezembro de 2019 da revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

O TNG50 éa mais recente simulação criada pelo IllustrisTNG Project , que visa construir uma imagem completa de como o nosso universo evoluiu desde o Big Bang, produzindo um universo em grande escala sem sacrificar os detalhes das gala¡xias individuais.

"Essas simulações são enormes conjuntos de dados onde podemos aprender muito dissecando e compreendendo a formação e evolução das gala¡xias dentro delas", disse Paul Torrey, professor associado de física da Universidade da Fla³rida e co-autor do estudo. "O que éfundamentalmente novo no TNG50 éque vocêestãoobtendo uma resolução espacial e de massa suficientemente alta dentro das gala¡xias que fornece uma imagem clara da aparaªncia da estrutura interna dos sistemas a  medida que se formam e evoluem".

A atenção do modelo aos detalhes tem algum custo. A simulação exigiu 16.000 núcleos de processador do supercomputador Hazel Hen em Stuttgart, Alemanha, funcionando continuamente por mais de um ano. O mesmo ca¡lculo levaria 15.000 anos para um sistema de processador aºnico. Apesar de serem uma das simulações astrofa­sicas computacionalmente mais pesadas da história, os pesquisadores acreditam que seu investimento valeu a pena.

Esse fena´meno emergente pode ser essencial para entender por que nosso universo aparece como éhoje 13,8 bilhaµes de anos após o Big Bang. O TNG50 permitiu aos pesquisadores ver em primeira ma£o como as gala¡xias podem ter surgido das turbulentas nuvens de gás presentes logo após o nascimento do universo. Eles descobriram que as gala¡xias em forma de disco comuns a  nossa vizinhana§a ca³smica emergiram naturalmente dentro de sua simulação e produziram estruturas internas, incluindo braa§os em espiral, protubera¢ncias e barras que se estendiam de seus buracos negros supermassivos centrais . Quando compararam seu universo gerado por computador com observações da vida real, descobriram que sua população de gala¡xias era qualitativamente consistente com a realidade.

Amedida que suas gala¡xias continuavam achatadas em discos rotativos bem ordenados, outro fena´meno começou a surgir. Explosaµes de supernovas e buracos negros supermassivos no coração de cada gala¡xia criaram fluxos de gás em alta velocidade. Essas saa­das se transformaram em fontes de gás subindo milhares de anos-luz acima de uma gala¡xia. O puxa£o da gravidade finalmente trouxe grande parte desse gás de volta ao disco da gala¡xia, redistribuindo-o para sua borda externa e criando um ciclo de realimentação da saa­da e entrada de gás. Além de reciclar os ingredientes para a formação de novas estrelas, as saa­das também mostraram mudar a estrutura de sua gala¡xia. Os gases reciclados aceleraram a transformação de gala¡xias em finos discos rotativos.

Apesar dessas descobertas iniciais, a equipe estãolonge de terminar de dissecar seu modelo. Eles também planejam liberar todos os dados da simulação publicamente para os astrônomos de todo o mundo estudarem seu cosmos virtual.

"Ha¡ uma estrada enorme pela frente agora que conclua­mos essas simulações", disse Torrey. "Uma equipe inteira de pesquisadores estãotrabalhando para entender melhor as propriedades detalhadas das gala¡xias que se formam e quais tendaªncias emergentes aparecem nesses dados".