Симуляції MEGATRON розкривають роль перших зірок у формуванні Всесвіту

• MEGATRON використовує детальні симуляції раннього Всесвіту
• Моделі пов'язують дані JWST та хімічний слід давніх зірок
• Висока роздільна здатність показує сильний вплив випромінювання та хімії на газ

Команда дослідників з Університету Бата (Великобританія) спільно з вченими з Чиказького університету та Інституту астрофізики Парижа створила проєкт MEGATRON, мета якого – відтворити умови космічного світанку, коли в темному Всесвіті почали зароджуватися перші зірки та протогалактики.

В рамках проєкту було опубліковано чотири дослідження в Open Journal of Astrophysics. Вони об'єднують космологічні розрахунки з моделями випромінювання, хімічних реакцій та формування галактик, представляючи першу велику серію результатів MEGATRON і обіцяючи нові роботи в подальшому.

Для перевірки моделей вчені використовують два незалежні джерела інформації про ранній Всесвіт. Перше – прямі спостереження молодих галактик телескопом Джеймса Уебба, який дозволяє побачити світло, що прийшло з перших сотень мільйонів років після Великого вибуху. Друге – «зоряна археологія»: хімічні підписи найдавніших зірок у та навколо Чумацького Шляху, що зберігають у собі відомості про перші ядерні процеси.

Підхід до симуляцій

Симуляції MEGATRON стартують з чистого газу, позбавленого важких елементів, що відповідає стану матерії незабаром після Великого вибуху. Потім моделі відстежують утворення перших зірок, їхнє випромінювання, вибухи наднових і поширення нових елементів у наступні покоління зірок і галактик.

Особливу увагу приділяється одночасному врахуванню руху газу, проходження фотонів і зміни концентрацій різних хімічних елементів. Такий комплексний підхід дозволяє простежити, як покоління зірок змінюють склад і структуру газу всередині та навколо формуючої галактики, яка в підсумку може досягти маси, порівнянної з Чумацьким Шляхом.

Отримані результати показують, що спрощені моделі часто недооцінюють вплив зіркового випромінювання та складних хімічних реакцій на навколишній газ. При низькому розділенні важливі дрібні структури, що формуються в газових хмарах, залишаються непоміченими, що призводить до неточних прогнозів.

Високе просторове розділення симуляцій MEGATRON дозволяє виявити тонкі газові структури, які прості підходи упускають. Це, в свою чергу, підвищує точність прогнозів для поточних спостережень JWST та майбутніх місій, спрямованих на вивчення найраніших етапів еволюції Всесвіту.

«Телескоп Джеймса Вебба дає нам прямий погляд на немовлячий космос, а зіркова археологія дозволяє вивчати його залишки в нашій галактичній околиці», – зазначив д-р Мартін Рей з Університету Бата, один з провідних учасників проекту. – «MEGATRON слугує фізичним мостом між цими двома джерелами інформації».

Таким чином, детальні симуляції, що починаються з чистого газу і закінчуються утворенням складних хімічних елементів, допомагають зрозуміти, як перші зірки запустили процес збагачення космосу, створивши фундамент для подальшого формування планет, життя та сучасних галактик.

Джерело: ScienceDaily