p O Big Bang capturou nossa imaginação como nenhuma outra teoria da ciência:o magnífico, nascimento explosivo de nosso Universo. Mas você sabe o que veio a seguir? p Cerca de 100 milhões de anos de escuridão.

p Quando o cosmos finalmente iluminou suas primeiras estrelas, eles eram maiores e mais brilhantes do que todos os que se seguiram. Eles brilhavam com luz ultravioleta tão intensa, ele transformou os átomos circundantes em íons. The Cosmic Dawn - da primeira estrela até a conclusão desta 'reionização cósmica', durou cerca de um bilhão de anos.

p "De onde vieram essas estrelas? E como elas se tornaram as galáxias - o Universo repleto de radiação e plasma - que vemos hoje? Estas são as nossas questões principais, "diz o professor Michael Norman, Diretor do San Diego Supercomputer Center e autor principal de uma nova revisão publicada em Fronteiras em Astronomia e Ciências Espaciais .

p O Universo em uma Caixa

p Pesquisadores como o professor Norman resolvem equações matemáticas em um universo cúbico virtual.

p "Passamos mais de 20 anos usando e refinando este software, para entender melhor o Cosmic Dawn. "

p Para iniciar, foi criado um código que permitiu a formação das primeiras estrelas do universo a serem modeladas. Essas equações descrevem o movimento e as reações químicas dentro das nuvens de gás em um universo antes da luz, e a imensa atração gravitacional de uma massa muito maior, mas invisível, de misteriosa matéria escura.

p "Essas nuvens de hidrogênio puro e hélio entraram em colapso sob a gravidade para se inflamar individualmente, estrelas massivas - centenas de vezes mais pesadas que nosso Sol, "explica Norman.

p Os primeiros elementos pesados ​​se formaram nos núcleos da panela de pressão das primeiras estrelas:apenas uma pitada de lítio e berílio. Mas com a morte desses gigantes de vida curta - colapsando e explodindo em supernovas deslumbrantes - metais tão pesados ​​quanto o ferro foram criados em abundância e lançados no espaço.

p Equações foram adicionadas ao Universo virtual para modelar o enriquecimento de nuvens de gás com esses metais recém-formados - o que levou à formação de um novo tipo de estrela.

p "A transição foi rápida:em 30 milhões de anos, virtualmente todas as novas estrelas foram enriquecidas com metal. "

p Isso apesar do fato de o enriquecimento químico ser local e lento, deixando mais de 80% do universo virtual livre de metais ao final da simulação.

p "A formação de estrelas gigantes livres de metal não parou totalmente - pequenas galáxias dessas estrelas deveriam existir onde houvesse matéria escura suficiente para resfriar nuvens imaculadas de hidrogênio e hélio.

p "Mas sem essa enorme atração gravitacional, a intensa radiação das estrelas existentes aquece as nuvens de gás e dilacera suas moléculas. Então, na maioria dos casos, o gás livre de metal colapsa inteiramente para formar um único, buraco negro supermassivo."

p De estrelas a galáxias

p "As novas gerações de estrelas que se formaram nas galáxias são menores e muito mais numerosas, por causa das reações químicas possibilitadas com os metais, "Norman observa.

p O aumento do número de reações em nuvens de gás permitiu que elas se fragmentassem e formassem várias estrelas por meio de 'resfriamento de linha de metal':tratos de densidade de gás diminuída, onde elementos combinados ganham espaço para irradiar sua energia no espaço - em vez de uns aos outros.

p Neste estágio, temos os primeiros objetos no universo que podem ser chamados de galáxias:uma combinação de matéria escura, gás enriquecido com metal, e estrelas.

p "As primeiras galáxias são menores do que o esperado devido à intensa radiação de jovens, estrelas massivas afastam o gás denso das regiões de formação estelar.

p "Por sua vez, a radiação das galáxias muito pequenas contribuiu significativamente para a reionização cósmica. "

p Essas galáxias difíceis de detectar, mas numerosas, podem, portanto, ser responsáveis ​​pela data de término prevista do Amanhecer Cósmico, ou seja, quando a reionização cósmica foi concluída.

p pensando fora da caixa

p Norman e colegas explicam como alguns grupos estão superando as limitações de computação nessas simulações numéricas, importando seus resultados prontos, ou simplificando partes de um modelo menos relevantes para os resultados de interesse.

p "Esses métodos semianalíticos foram usados ​​para determinar com mais precisão por quanto tempo as primeiras estrelas massivas livres de metal estavam sendo criadas, quantos ainda devem ser observáveis, e a contribuição destes - bem como buracos negros e estrelas enriquecidas com metal - para a reionização cósmica. "

p Os autores também destacam áreas de incerteza que conduzirão a uma nova geração de simulações, usando novos códigos, em futuras plataformas de computação de alto desempenho.

p "Isso nos ajudará a entender o papel dos campos magnéticos, Raios-X e poeira espacial no resfriamento de gás, e a identidade e comportamento da misteriosa matéria escura que impulsiona a formação de estrelas. "