Buracos negros supermassivos são um componente intrínseco da maioria das galáxias em nosso universo, mas os astrônomos não têm certeza de como eles se originam e como influenciam a evolução galáctica. Seus impactos, Contudo, são claros. As observações sugerem que esses gigantes supermassivos têm o poder de estimular a formação de estrelas em suas galáxias hospedeiras - ou pará-la no frio.

Para entender como os buracos negros supermassivos evoluem e como eles afetam a formação de galáxias, os astrofísicos estão cada vez mais se voltando para modelos cosmológicos complexos simulados por alguns dos supercomputadores mais poderosos do mundo. Os resultados de um desses modelos foram publicados em um trio de artigos, e pode ser a chave para a compreensão de alguns dos maiores mistérios que pairam sobre a astrofísica moderna.

The Dark (Matter) Web

Assemelhando-se a uma vasta teia tridimensional, o cosmos é formado por matéria escura. Esta "coisa" invisível constitui 84,5 por cento de toda a massa do universo e ainda não interage com a radiação eletromagnética (ou seja, luz). Acredita-se que seja composto de partículas não bariônicas, essas coisas faz têm um efeito gravitacional que podemos observar indiretamente, Contudo. Nós sabemos que está lá fora, nós simplesmente não podemos ver isso.

Porque há tanta matéria escura, domina as interações gravitacionais, aglomerando-se, encurralando ilhas de matéria "normal". Essas ilhas formam aglomerados massivos de galáxias que estão conectadas por filamentos de matéria escura que são eles próprios entrelaçados com galáxias, como contas brilhantes ao longo de um fio invisível.

Uma vez que a matéria escura literalmente molda o cosmos, deve ocupar o centro do palco em qualquer simulação em grande escala do universo.

Criando um Universo Virtual

Na simulação cósmica mais ambiciosa de seu tipo, uma equipe internacional de cientistas criou seu próprio universo dentro de um computador para entender melhor a estrutura em grande escala do cosmos. É chamado de projeto "Illustris – The Next Generation" (IllustrisTNG). A simulação se baseia nas leis básicas da física e mostra como a teia cósmica de matéria escura evoluiu e moldou nosso universo desde o Big Bang.

Os cientistas construíram o IllustrisTNG usando um código poderoso chamado AREPO que eles executaram no computador mainframe mais rápido da Alemanha, a máquina Hazel Hen. O projeto é a maior simulação hidrodinâmica até o momento e pode modelar o surgimento de estruturas cósmicas, de acordo com um comunicado. Uma das duas simulações é executada, que usou sobre 24, 000 processadores , levou dois meses para ser concluído e modelado a formação de milhões de galáxias em um volume simulado medindo um bilhão de anos-luz de largura.

Resumidamente, os pesquisadores jogaram os ingredientes do universo em uma caixa virtual e permitiram que as leis conhecidas da física assassem um bolo cósmico. E os resultados são impressionantes. Veja você mesmo no vídeo:

"As novas simulações produziram mais de 500 terabytes de dados de simulação. A análise dessa enorme montanha de dados nos manterá ocupados por muitos anos, e promete muitos novos insights interessantes sobre diferentes processos astrofísicos, "disse o investigador principal Volker Springel, da Universidade de Heidelberg, Alemanha.

Como os buracos negros matam

Em um dos três estudos relacionados publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, o impacto dos buracos negros na evolução galáctica foi demonstrado.

Galáxias formadoras de estrelas, também conhecido como galáxias "starburst", são dominados pelos brilhantes, luz azul de estrelas jovens em erupção para a vida. Conforme o tempo passa, Contudo, a formação de estrelas é dramaticamente desligada, deixando apenas velhas estrelas vermelhas para dominar as galáxias moribundas (conhecidas como galáxias "vermelhas e mortas"). Os astrônomos têm tentado entender melhor o que causa o desligamento da formação de estrelas e agora, com a ajuda do IllustrisTNG, os pesquisadores têm esperança de que este universo simulado possa revelar o mecanismo do buraco negro que pode controlar a fertilidade de galáxias inteiras.

"A única entidade física capaz de extinguir a formação de estrelas em nossas grandes galáxias elípticas são os buracos negros supermassivos em seus centros, "disse Dylan Nelson, do Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching, Alemanha. "Os fluxos ultrarrápidos dessas armadilhas gravitacionais atingem velocidades de até 10% da velocidade da luz e afetam sistemas estelares gigantes que são bilhões de vezes maiores do que o próprio buraco negro comparativamente pequeno."

Simulações teóricas do universo podem ajudar a explicar observações reais do cosmos. Com IllustrisTNG, astrofísicos ganharam uma nova ferramenta poderosa para entender melhor fenômenos misteriosos e, possivelmente, descobrir novos quebra-cabeças sobre nosso universo em constante expansão.

Quanto tempo leva alguns milhares de computadores em rede para simular a Via Láctea? Cerca de 700, 000 horas, dar ou pegar.