Cientistas combinaram um simulador avançado com dados sobre o universo para esclarecer uma grande discrepância em nossa compreensão. O conjunto de simulação, chamado PRIYA, foi lançado no ano passado e está ajudando os cientistas a estudar um fenômeno especial dos átomos de hidrogênio no espaço profundo. Agora, em um novo estudo, o PRIYA permitiu que cientistas da mapeassem possíveis localizações de matéria escura com base na assinatura luminosa das “florestas” de hidrogênio que se formam ao redor de fontes de gravidade.
Softwares de simulação de alta tecnologia têm auxiliado astrofísicos e astrônomos a examinar fenômenos distantes e confirmar ou ajustar nossas teorias sobre o universo. Uma simulação como essa é essencialmente um gráfico interativo gigante de partículas individuais e das forças que atuam sobre elas. Processar uma quantidade tão grande de dados requer um supercomputador capaz de operar por longos períodos. Utilizar um supercomputador reduz esse tempo de anos ou até décadas em computadores menos poderosos.
Em uma declaração da UC-Riverside, o autor principal Simeon Bird descreveu os efeitos observados no estudo como “uma representação de sombras, onde tentamos adivinhar o objeto colocado entre a luz e a tela com base em sua silhueta.” Frequentemente, os cientistas eliminam as sombras que já compreendemos para teorizar que algo que ainda não podemos observar, como a matéria escura, está preenchendo o restante.
Na busca pela matéria escura, o hidrogênio é especial porque é abundante, o elemento mais leve e tão antigo quanto o próprio universo—um produto do Big Bang. Quando o único elétron em um átomo de hidrogênio se move de um nível de energia para outro, isto é, é excitado e depois retorna ao estado fundamental, ele libera uma pequena assinatura de energia na forma de fótons.
O universo está repleto dos abundantes fótons dos átomos de hidrogênio, que podem ser detectados por nossos instrumentos cada vez mais sofisticados. É a mesma espectroscopia que os químicos usam para analisar amostras quanto à pureza ou componentes. Cientistas no final do século XIX descobriram que podiam ver essas assinaturas de hidrogênio estudando os padrões de linhas produzidos em um espectroscópio. Cinco homens identificaram cinco tipos: Balmer, Lyman, Pfund, Brackett e Paschen.
Todos, exceto Lyman, estão na faixa do infravermelho da luz, enquanto Lyman está no ultravioleta. Para a série de Lyman, as linhas espectrais são nomeadas de acordo com a quantidade de energia liberada para criá-las. A menor distância entre níveis de energia, do segundo nível de volta ao primeiro, é chamada de Lyman-alfa. No espaço profundo, essa assinatura pode se agrupar em formas chamadas de “florestas” pelos pesquisadores. É essa série que o novo simulador PRIYA da UC-Riverside destaca, baseando-se em uma simulação anterior chamada ASTRID, feita pelo mesmo pesquisador, Simeon Bird.
Acredita-se que as florestas de Lyman-alfa mostrem onde a matéria escura está mais concentrada, pois o hidrogênio é atraído para essas formas pela gravidade emitida pela matéria escura. Embora a matéria escura ainda não tenha sido observada ou detectada diretamente, os cientistas podem continuar a desenvolver suas hipóteses usando simulações como o PRIYA.
Neste estudo, Bird e seus colegas—M.A. Fernandez e Ming-Feng Ho—ajustaram a resolução de um problema específico da astrofísica teórica. Eles querem ajudar a explicar a lacuna entre o que os modelos previam que o universo deveria ser e a realidade. Algo tem impedido o crescimento de certas galáxias, e pode ser buracos negros supermassivos ou uma nova partícula que ainda não observamos.
“Não é totalmente convincente ainda, mas se isso se confirmar em conjuntos de dados futuros, é muito mais provável que seja uma nova partícula ou algum novo tipo de física, em vez de buracos negros desorganizando nossos cálculos,” concluiu Bird na declaração.
