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domingo, 8 de maio de 2016

A incrível complexidade da Teia Cósmica

Cientistas descobriram a chamada “teia cósmica” há menos de uma década. Desde então, várias questões persistiram, sobretudo esta: qual a aparência dessa teia? Uma nova visualização desenvolvida por Kim Albrecht no Center for Complex Network Research ajuda a resolver esse mistério intrigante.

Mas primeiro, vamos voltar um pouco: o que é, exatamente, a teia cósmica? Em resumo, é a vasta rede formada por todas as galáxias do universo e os fios semelhantes a teias que as unem. Composta por filamentos invisíveis de gás hidrogênio, essas conexões intergalácticas compõem a maior parte da matéria ordinária do universo e também traça a distribuição de matéria escura. Observar esses linhas cósmicas diretamente é desafiador, para dizer o mínimo. Astrofísicos conseguiram compor imagens de peças suficientes da teia cósmica para prever modelos confiáveis de sua estrutura. No ano passado, os pesquisadores por trás do projeto Illustris utilizaram esses modelos para construir umasimulação 2D da teia cósmica, visualizando dados essenciais, como densidade gasosa, temperatura e velocidade.

Utilizando o Illustris como base, o designer de informações e pesquisador visual, Kim Albrecht, criou agora uma ambiciosa visualização em 3D da teia cósmica. Intitulada “Network Universe”, o projeto de Albrecht baseia-se na simulação do Ilustris e a leva a um outro nível, não apenas interativo, mas imersivo.

À medida em que eu dava zoom e girava através do Network Universe, eu fiquei imediatamente impressionada pelas disparidades visuais entre os três “modelos” da teia cósmica que estavam ali apresentados. De onde vinham essas variações intrigantes? A respostava está na ciência na qual a visualização foi baseada.

A visualização de Albrecht nasceu de um projeto de pesquisa colaborativo que visava avaliar vários algorítimos que podem ditar a estrutura da rede cósmica. Os três “tipos” representam os três principais modelos testados. O site oferece um breve resumo de uma frase sobre cada modelo e a pesquisa os prolonga em fórmulas matemáticas. Eu admito que fiquei encarando as fórmulas e, apesar das descrições no site serem mais amigáveis, eu ainda tive dificuldades inicialmente para entender a origem precisa daquilo que meus olhos viam. Depois de alguns pensamentos críticos e uma troca de e-mails com Albrecht, as respostas começaram a se solidificar em minha mente.

O Modelo de Comprimento Fixo (Fixed Length Model) é razoalvemente simples: todos os nós (isto é, galáxias) localizados a uma dada distância uns dos outros estão conectados. Os nós que não possuem vizinhos dentro desse raio estão sozinhos, enquanto aqueles que possuem grande número de vizinhos possuem também uma grande número de conexões. Como resultado, a visualização aparece muito densa em alguns pontos, onde os nós estão agrupados, e esparsos em outros.

No Modelo de Comprimento Variável (Varying Length Model), as coisas se complicam um pouco. Aqui, quanto maior o nó, maior o alcance de suas conexões. Nós menores também podem formar conexões, mas apenas com aqueles relativamente próximos a eles. O que temos como resultado é uma rica densidade visual, caracterizada por fios extensos e sobrepostos e uma brancura acentuada concentrada ao redor dos nós maiores.

Finalmente, de acordo com o Modelo de Vizinhos Mais Próximos (Nearest Neighbours Model), cada nó é limitado a n ligações e essas ligações são compartilhadas apenas com os nós mais próximos. Então vamos supor que n = 3. Para alguns nós, os três vizinhos mais próximos estarão por perto, mas, para outros, eles podem estar muito distantes. No entanto, mesmo para aqueles com muitos vizinhos, o número de ligações não poderá exceder 3. Assim, a visualização nunca se torna tão densa quanto a dos outros e sua distribuição de branco e preto é relativamente homogênea.

Embora todas as visualizações sejam belas e divertidas de se explorar, para mim existe algo a mais sobre o Modelo dos Vizinhos Mais Próximos. As linhas conectivas parecem excepcionalmente limpas e existe uma certa naturalidade agradável em sua composição geral; uma sensação de aleatoriedade temperada com uma ordem primordial. Pode-se, talvez, compará-lo com certas estruturas na natureza, como redes de neurônios no cérebro ou uma malha de filamentos de proteína.

Interessantemente, como ressaltado na pesquisa, o Modelo dos Vizinhos Mais Próximos é o mais forte em termos de compatibilidade com as reais características da teia cósmica observadas. Enquanto, obviamente, existe muito mais de ciência para se explorar sobre esses resultados, a artista visual dentro de mim está satisfeita com sua face poética e simples. Aquilo que parece mais belo para os olhos humanos - e que de perto e de fato lembram coisas das quais o próprio humano é composto - também é a verdade.

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