O Universo está em constante expansão. Ele muda, criando novas estruturas que se fundem. Mas como é que o nosso Universo evoluir? Físicos da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, desenvolveram um novo código de simulações numéricas, que oferece um vislumbre do complexo processo de formação de estruturas no Universo. Com base em equações de Einstein, eles foram capazes de integrar a rotação do espaço-tempo em seus cálculos e calcular a amplitude de ondas gravitacionais, cuja existência foi confirmada pela primeira vez em 12 de Fevereiro, de 2016.
Até agora, os cientistas estudaram a formação de estruturas cosmológicas em larga escala baseados simulações numéricas de gravitação newtoniana. Estes códigos postular que o próprio espaço não se altera, é dito para ser estáticos, enquanto o tempo passa. As simulações que ele permite são muito precisas se a matéria no Universo move-se lentamente (ou seja, cerca de 300 km por segundo).
No entanto, quando as partículas de matéria se mover em alta velocidade, este código só permite cálculos aproximados. Além disso, ele não descreve as flutuações de energia escura. Constituindo 70% do total de energia do Universo (os restantes 30% é feito de matéria escura e matéria comum), é responsável pela expansão acelerada do Universo. Portanto, foi necessário encontrar uma nova maneira para simular a formação de estruturas cosmológicas e permitir o estudo destes dois fenómenos.
As ondas gravitacionais geradas durante a formação de estruturas no universo são mostrados abaixo. As estruturas (distribuição de massas) são mostrados como pontos brilhantes, ondas gravitacionais por elipses. O tamanho da elipse é proporcional à amplitude da onda e representa a sua orientação a sua polarização.
A equipe de Ruth Durrer do Departamento de Física Teórica na Faculdade de Ciências de UNIGE, criou assim um código, chamado gevolution, com base na teoria da relatividade geral de Einstein. Com efeito, a relatividade geral considera espaço-tempo como sendo dinâmico, isto é que o espaço e tempo estão em constante mudança, ao contrário do espaço estático da teoria newtoniana. O objectivo foi o de prever a amplitude e o impacto das ondas gravitacionais e frame-arrastamento (a rotação do espaço-tempo) induzida pela formação de estruturas cosmológicas.
Para fazê-lo, os físicos do UNIGE analisada uma porção cúbico no espaço, que consiste de 60 mil milhões de zonas com cada uma contendo uma partícula (isto é, uma porção de um Galaxy), a fim de estudar a forma como se movem com respeito aos seus vizinhos. Graças à biblioteca LATfield2 (desenvolvido por David Daverio de UNIGE), que resolve equações diferenciais parciais não-lineares, ea Supercomputer do Centro de Supercomputação da Suíça em Lugano, os pesquisadores foram capazes de estudar o movimento de partículas e calcular a métrica (a medida de distâncias e tempo entre duas galáxias no Universo), utilizando as equações de Einstein. Os espectros resultantes destes cálculos permitem quantificar a diferença entre os resultados obtidos por gevolution e aqueles provenientes de códigos newtonianos. Isto permite medir o efeito de arrastamento e quadro-ondas gravitacionais introduzidas pela formação de estruturas no universo.
Na verdade, frame-arrastar e ondas gravitacionais nunca foram incluídos em simulações até a criação do código gevolution. Isso abre o caminho para a comparação dos resultados de simulação da evolução do Universo com as observações. Com o seu novo código, os físicos em UNIGE será capaz de testar a teoria da relatividade geral em escalas muito maiores do que no presente. Para abrir a investigação a um máximo neste campo, Professor Ruth Durrer e sua equipe vai tornar pública a sua código gevolution.Talvez em breve sejam esclarecidos sobre os mistérios da energia escura.
Este estudo está publicado na revista Nature Physics.
O Galaxy diário via Universidade de Genebra
Crédito da imagem: Ruth Durrer, UNIGE; topo da página é Galaxy-ID 09 no redshift dois
https://i.ytimg.com/vi/dEe4Ti4CPq0/maxresdefault.jpg
Analogia a um sistema coloidal com movimento Browniano interagindo com ondas magnéticas descomertas em 2016.
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