Simulação Lumina, rodada no supercomputador Frontier, recria os primeiros 2 bilhões de anos do Universo em um volume 100 vezes maior que o de simulações anteriores

Cerca de 45 milhões de anos depois do Big Bang, o Universo ainda era escuro: não havia estrelas nem galáxias, apenas gás e matéria escura. Aos poucos, as primeiras estrelas se acenderam, as galáxias se formaram, e a luz delas passou a ionizar o gás ao redor, num processo chamado reionização. Reproduzir esse período em um computador exige modelar ao mesmo tempo matéria escura, gás, estrelas e luz, em escalas que vão de galáxias individuais a regiões de bilhões de anos-luz. Um grupo liderado por físicos do MIT, de Harvard e de outras instituições apresentou o Lumina, uma das maiores e mais detalhadas simulações já feitas desse período, descrita na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) e divulgada em 26 de outubro de 2026.

Uma simulação não é uma observação. O Lumina é um modelo: reproduz o que as leis da física, com certas hipóteses sobre como estrelas e buracos negros se comportam, preveem para o Universo jovem. A prova de que ele está certo virá da comparação com telescópios, e o texto do MIT diz que essa comparação ainda está por vir.

A escala do projeto

• Volume: uma região do Universo primitivo com cerca de 500 megaparsecs de lado (aproximadamente 1,6 bilhão de anos-luz), cerca de 100 vezes maior em volume que simulações anteriores;
• Elementos: cerca de meio trilhão, entre partículas de matéria escura e células de gás;
• Resolução: cerca de 30 vezes maior que a do IllustrisTNG, a simulação em que o Lumina se baseia;
• Máquina: o supercomputador Frontier, do Laboratório Nacional de Oak Ridge (Tennessee, EUA). No pico, a simulação usou o equivalente a mais de 100 mil núcleos de CPU e cerca de 15 mil GPUs;
• Período: começa cerca de 45 milhões de anos após o Big Bang, na “idade das trevas”, e acompanha cerca de 2 bilhões de anos de evolução cósmica.

O texto não informa quantas horas de computação foram consumidas.

O que o modelo reproduz

O Lumina simula matéria escura, gás, estrelas e radiação, como a ultravioleta; a formação de estrelas e galáxias, das grandes estruturas cósmicas até galáxias individuais; a reionização do hidrogênio e a reionização do hélio; e o transporte de radiação, ou seja, como a luz das estrelas e galáxias viaja pelo Universo. É, segundo o texto, a primeira simulação a capturar as duas reionizações juntas. O professor Mark Vogelsberger, do MIT, afirma que a amplitude entre as menores e as maiores escalas simuladas é maior do que a de qualquer outra simulação (afirmação do pesquisador, não verificada de forma independente pelo NTB).

O que a simulação “conclui”

• a reionização do hidrogênio teria sido provocada, provavelmente, pela luz de galáxias e estrelas jovens;
• a reionização do hélio teria sido alimentada, provavelmente, por buracos negros supermassivos em fase ativa, quando engolem matéria e brilham intensamente.

Esses resultados são previsões do modelo, e a palavra “provavelmente”, do próprio texto, indica que são hipóteses a testar. O artigo não discute limitações de forma explícita; os resultados dependem das regras físicas embutidas na simulação, e o MIT afirma que o próximo passo é compará-los com observações de novos e futuros telescópios e levantamentos. A reportagem não cita o Telescópio Espacial James Webb.

Por que simular, e por que é tão difícil

Ninguém pode voltar ao Universo jovem para medi-lo, e os telescópios só veem fatias. Simulações servem para preencher as lacunas: partem das leis da gravidade e da física do gás e da luz e “deixam o tempo correr” no computador. O desafio é que os fenômenos importantes ocorrem em escalas muito diferentes: uma estrela se forma em escalas minúsculas, e a reionização se espalha por regiões imensas. Simular as duas coisas juntas, com a luz viajando entre elas, exige uma quantidade enorme de cálculo; é por isso que o Lumina precisou de uma das máquinas mais potentes do mundo. O texto cita que o Lumina se apoia no IllustrisTNG, uma simulação cosmológica conhecida, e a amplia em volume e resolução. A explicação geral sobre simulações é contexto do NTB.

Quem fez

O primeiro autor é Oliver Zier, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Vogelsberger. Entre os coautores do MIT estão Xuejian (Jacob) Shen e Teodora-Elena Bluichi. Participam também Rongrong Liu, Sonja Koehler e Lars Hernquist, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica; Aaron Smith, da Universidade do Texas em Dallas; Rahul Kannan, da Universidade York, no Canadá; e Volker Springel e Rüdiger Pakmor, do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha. O artigo se chama “Introducing the Lumina project: large-volume radiation-hydrodynamic simulations of the epochs of hydrogen and helium reionization” (Apresentando o projeto Lumina: simulações radiativo-hidrodinâmicas de grande volume das épocas de reionização do hidrogênio e do hélio, tradução do NTB).

Próximos passos

A equipe pretende mapear a estrutura em grande escala do Universo primitivo, prever os padrões de ondas gravitacionais de galáxias e buracos negros jovens e disponibilizar a simulação à comunidade científica. A disponibilização dos dados é, em geral, o que transforma uma simulação grande em ferramenta de muitos grupos.

Por que isso importa

O período que o Lumina cobre é justamente aquele que os telescópios modernos começam a alcançar. Ter um modelo grande e detalhado ajuda a interpretar o que o Webb e os levantamentos futuros enxergam: se uma galáxia observada é típica ou rara, se há mais buracos negros do que o esperado. A escala da máquina também ilustra o tamanho do investimento em supercomputação necessário para a ciência de fronteira, tema que interessa a países como o Brasil, que discutem sua própria infraestrutura de computação de alto desempenho. Esta última observação é do NTB.

Nota da redação: texto elaborado pelo NTB, com auxílio de inteligência artificial e revisão editorial, a partir do MIT News (26/10/2026). O NTB não leu o artigo da MNRAS. Parsecs foram convertidos em anos-luz conforme o texto original (500 Mpc ≈ 1,6 bilhão de anos-luz). O título do artigo está traduzido pelo NTB. A foto de abertura mostra a máquina usada, e a imagem de simulação é de outro projeto. As frases sobre previsões do modelo, sobre a comparação com o Webb e sobre o Brasil são contexto do NTB.