Novas simulações ligam as primeiras estrelas do Universo a sinais visíveis ainda hoje
As primeiras estrelas e galáxias transformaram o Universo primordial, produzindo os elementos químicos que hoje compõem estrelas, planetas e a própria vida. Agora, simulações avançadas estão a reconstruir estes primeiros milhares de milhões de anos.
O Universo primordial era muito diferente do atual, sem estrelas, galáxias ou elementos químicos mais pesados que o hidrogénio ou o hélio. As primeiras estrelas surgiram a partir do colapso gravitacional de nuvens de gás e foram responsáveis por produzir os primeiros elementos mais pesados.
Para entender esta evolução, investigadores desenvolveram o projeto MEGATRON, usando algumas das simulações mais detalhadas realizadas até hoje. Os modelos incorporam processos físicos para acompanhar a evolução das estruturas cósmicas. Desta forma, é possível reconstruir as primeiras fontes luminosas.
As simulações também permitem investigar como os elementos produzidos pelas primeiras estrelas foram dispersos pelo Universo e incorporados às gerações seguintes de estrelas. Ao comparar estes modelos com dados de telescópios como o James Webb (JWST), os investigadores podem testar quais cenários reproduzem o Universo jovem.
Rede cósmica
A rede cósmica é a estrutura de larga escala que organiza a matéria do Universo numa espécie de teia, formada por filamentos de matéria que conectam regiões mais densas. A sua formação é determinada pela gravidade e pela distribuição de matéria escura que define como a matéria está distribuída.
Embora as primeiras galáxias tenham evoluído ao longo de milhares de milhões de anos, alguns sinais da sua existência podem permanecer observáveis atualmente. Estrelas muito antigas podem preservar na sua composição química elementos produzidos pelas primeiras gerações estelares.
Projeto Megatron
O projeto MEGATRON é um projeto de simulação computacional desenvolvido para investigar como surgiram e evoluíram as primeiras estrelas e galáxias do Universo. Este trabalho usa modelos cosmológicos de alta resolução para acompanhar a formação das primeiras estruturas luminosas e os processos físicos que transformaram o Universo.
Um dos objetivos é entender como as primeiras estrelas modificaram o meio ao seu redor e produziram os elementos químicos. As simulações permitem acompanhar essa evolução em detalhe e gerar previsões que podem ser comparadas às observações de telescópios como o JWST.
Como as galáxias se formaram?
As simulações começam com gás primordial praticamente sem elementos pesados, reproduzindo as condições do Universo pouco depois do Big Bang. A partir desse material, os modelos acompanham o nascimento das primeiras estrelas, a radiação emitida por elas e as suas mortes em explosões de supernova.
Esse processo é fundamental para entender a origem dos elementos químicos presentes no Universo atual. Carbono, oxigénio, ferro e outros elementos foram produzidos por processos nucleares no interior das estrelas e posteriormente libertados para o meio interestelar. O projeto MEGATRON permite acompanhar este enriquecimento químico.
Papel do James Webb
O JWST é fundamental para estudar o Universo primordial porque observa principalmente nos comprimentos de onda infravermelhos, capazes de detetar a luz de galáxias extremamente distantes. Isto permite investigar galáxias formadas poucas centenas de milhões de anos após o Big Bang.
Além de detetar estas galáxias, o JWST consegue obter espectros que revelam propriedades físicas e químicas dos seus gases e estrelas. Estas informações permitem medir redshifts, identificar elementos e estimar taxas de formação estelar, fornecendo dados para testar modelos como os do MEGATRON.
Referência da notícia
Katz et al. (2026). MEGATRON: Reproducing the Diversity of High-Redshift Galaxy Spectra with Cosmological Radiation Hydrodynamics Simulations.