O que supercomputadores já são capazes de fazer para desvendar o universo?

Quando pensamos em astronomia, pensamos na imagem de um cientista observando com um telescópio, certo? Claro, o telescópio é um instrumento fundamental no nosso trabalho, mas hoje em dia não é o único.

Atualmente, muitos cientistas de nossa área trabalham com simulações e métodos computacionais, um ramo que também é fundamental para entendermos os processos físicos que governam estrelas e galáxias.

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Como esses processos levam milhões ou bilhões de anos, é impossível acompanhar essas transformações astronômicas em tempo real. A solução então é alimentar o computador com equações físicas que nos permitem visualizar a formação e evolução dos astros; podemos então testar modelos diferentes e comparar os resultados finais dessas simulações com o universo real observado com nossos telescópios.

Para esses cientistas, os supercomputadores são os principais instrumentos de trabalho. Máquinas com milhões de núcleos de processamento e milhares a milhões de vezes o poder de computação dos melhores computadores gamers.

Esses sistemas produzem universos em caixinhas, oferecendo uma excelente oportunidade para estudarmos um universo virtual em que nós, como deuses, podemos ditar as leis da natureza.

Mas mesmo os supercomputadores mais poderosos não podem fazer tudo. Não podemos simular cada átomo, então nosso poder é limitado.

Um excelente exemplo é a dicotomia em simulações de galáxias: se estudamos apenas algumas delas, as simulações conseguem reproduzir pequenos detalhes, mas para um grande volume de universo virtual, com milhares de galáxias, fica impossível examinar com cuidado a estrutura interna de cada uma. É uma limitação numérica.

Temos então uma escolha a fazer, uma escolha que produz resultados divergentes.

Dada a complexidade das simulações, não é simples determinar se essa divergência —por exemplo, no número de estrelas formadas em uma galáxia ao longo de bilhões de anos— se deve ao modelo físico escolhido ou uma questão computacional.

Enquanto isso, tentamos aprimorar as simulações cada vez mais, utilizando equipamentos de última geração e verificando a qualidade do resultado final nas comparações com observações dos mais potentes telescópios.

Para mim, é fascinante notar como esse ramo científico avançou tanto nos últimos anos. Graças à evolução tecnológica, os supercomputadores hoje conseguem produzir universos artificiais que são, em muitos aspectos, indistinguíveis do nosso universo real.

Ao mesmo tempo, ainda há problemas que somos incapazes de resolver, e é fundamental conhecer as próprias limitações para separar as descobertas reais de uma armadilha numérica.

No final, a astrofísica computacional representa um microcosmo da ciência de maneira geral. Uma área que está sempre avançando, sempre permitindo novas descobertas e gerando novas perguntas —mas que ao mesmo tempo tem limitações, sobretudo técnicas, e que deve ser navegada cuidadosamente pelos cientistas para que possamos explorar, investigar e não apenas encontrar respostas, mas também ter a sabedoria para escolher as perguntas corretas.