Como se dá a formação de aglomerados de galáxias e estrelas

17th November 2017
Source: FAPESP
Posted By : Enaie Azambuja
Como se dá a formação de aglomerados de galáxias e estrelas

Quando os aglomerados de galáxias e os aglomerados de estrelas (globulares) se formam, ocorre um fenômeno chamado “relaxação violenta”. Após interagirem intensamente entre si, os milhares ou até milhões de corpos chegam a uma situação de relativo equilíbrio gravitacional e a uma distribuição espacial de certo modo duradoura. Um novo estudo, desenvolvido por pesquisadores brasileiros, mostrou que a visão que se tinha acerca da “relaxação violenta” estava equivocada. E tratou de corrigi-la.

Publicado em The Astrophysical Journal, o trabalho contou com apoio da FAPESP por meio de bolsas e auxílios concedidos a vários pesquisadores e também pela utilização de um cluster computacional financiado por meio do Programa Equipamentos Multiusuários.

“O processo de relaxação sempre foi analisado por meio da chamada Equação de Vlasov, uma equação diferencial proposta, em 1931, pelo físico russo Anatoly Alexandrovich Vlasov [1908-1975], para descrever os processos cinéticos que ocorrem no plasma”, disse Laerte Sodré Júnior, professor titular e ex-diretor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), um dos autores do estudo.

“O problema é que a Equação de Vlasov supõe que a entropia do sistema seja constante – isto é, que não ocorra produção de entropia. Vale dizer, que a situação seja simétrica no tempo – uma vez que a seta do tempo é determinada pelo aumento de entropia. Isso obviamente não acontece no fenômeno real”, disse Sodré.

Se fosse verdadeiro, um processo desse tipo – reversível no tempo – exigiria uma revisão dos próprios fundamentos da física. Por isso, a literatura especializada se referia a ele como “paradoxo fundamental da dinâmica estelar”.

“Tínhamos claro que alguma coisa estava errada e nossa suspeita foi confirmada pelo estudo. A solução que encontramos para o suposto ‘paradoxo’ pode ser resumida em uma frase curta: a Equação de Vlasov simplesmente não se aplica ao caso”, disse Sodré.

Para comprovar essa ideia intuitiva, os pesquisadores precisaram se valer de pesados recursos computacionais. A interação gravitacional entre esses corpos celestes (galáxias ou estrelas) é bem descrita pela Lei da Gravitação Universal de Newton (cuja publicação completou 330 anos em 2017).

O problema é matematicamente simples de resolver quando se trata de um sistema de dois corpos, mas a solução analítica se torna inviável em sistemas envolvendo milhares ou até milhões de corpos, cada qual interagindo gravitacionalmente com todos os demais. Daí a necessidade de se recorrer a complexas simulações numéricas.

“Empregamos técnicas numéricas desenvolvidas pelo astrônomo norueguês Sverre Aarseth, que é o grande especialista nesse tipo de simulação envolvendo muitos corpos. São simulações que exigem tanta capacidade computacional que, para realizá-las, tivemos que usar clusters de GPUs [Graphics Processing Units], muito mais eficientes do que as CPUs [Central Processing Units], usualmente utilizadas. Mesmo assim, cada simulação durou vários dias”, explicou Sodré.

Durante o trabalho, os pesquisadores brasileiros até receberam a visita de Aarseth, que continua extremamente ativo aos 83 anos de idade. Paralelamente à Astronomia, o premiado cientista norueguês é um aficionado por trekking, montanhismo e vida selvagem. Além de ser também mestre internacional de xadrez por correspondência.

“Os programas computacionais de Aarseth nos possibilitam resolver o problema de forma eficiente e confiável. Depois, para testar os resultados, nós os confrontamos com soluções obtidas por meio de outros programas cosmológicos. E eles foram compatíveis”, disse Sodré.


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