Brasileiros identificam equívoco e corrigem modelo de formação de galáxias
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 na revista científica "The Astrophysical Journal", o trabalho contou com apoio da Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) 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 IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo), 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.
"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.
"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.
As simulações mostraram que a entropia aumenta --como era de se esperar. Mas, além desse resultado previsível, houve outro, bem mais difícil de entender. É que, se no longo prazo a entropia cresce, no começo do processo de relaxação ela apresenta um comportamento oscilatório: ora aumenta, ora diminui.
"Podemos pensar a questão nos seguintes termos. A entropia possui dois aspectos. Um puramente caótico, associado à segunda lei da termodinâmica e que corresponde à entropia convencional. Outro é decorrente dessas correlações, elas se perdem com o tempo, porém de forma mais lenta. E é isso que determina o comportamento oscilatório", explicou.
Esse vaivém, determinado por interações de longo alcance, associa-se a oscilações de entropia. E perdura até que o sistema todo alcance uma situação de relativo equilíbrio, em que fica de certo modo estável em termos de suas propriedades gerais. No século 19 essa situação recebeu o nome de "equilíbrio do virial" --designação que se mantém até hoje.
Embora interajam com o conjunto do Universo, os aglomerados de galáxias e os aglomerados globulares podem ser pensados, no caso, como sistemas fechados, "não dissipativos". Isso significa que sua energia total não é perdida para o meio exterior, mas se conserva.
"Que eu saiba, só existe outro tipo de sistema que exibe essas oscilações de entropia. São reações químicas nas quais o composto que vai sendo produzido serve de catalisador para a reação inversa. Então, a reação fica indo de um lado para o outro, e a entropia do sistema oscila", disse Sodré.
O novo estudo resolveu o "paradoxo fundamental da dinâmica estelar" e deu uma feição mais realista à formação das macroestruturas cósmicas. Além de Sodré, participaram do trabalho Leandro José Beraldo e Silva, Walter de Siqueira Pedra, Eder Leonardo Duarte Perico e Marcos Vinicius Borges Teixeira Lima.
Fonte: https://noticias.bol.uol.com.br/ultimas-noticias/ciencia/2017/11/17/brasileiros-identificam-equivoco-e-corrigem-modelo-de-formacao-de-galaxias.htm