Фиолетовая космическая паутина газа питает интенсивное звездообразование в первых галактиках. Когда звезды живут и умирают, они производят кислород (желтый) и фотоны (белый) — все это самосогласованно эволюционирует и отслеживается вместе в новых симуляциях MEGATRON. Источник: SciTechDaily
Первые звезды изменили Вселенную, состоявшую в основном из водорода и гелия. Их излучение воздействовало на окружающий газ, а взрывы рассеивали новые элементы, которые позже вошли в состав звезд, планет и в конечном счете жизни. Сегодня исследователи воссоздают этот переход с помощью одних из самых детальных симуляций ранней Вселенной. Проект MEGATRON связывает галактики, наблюдаемые космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), с химическими сигнатурами, сохранившимися в древних звездах Млечного Пути и его окрестностей.
JWST позволяет увидеть галактики эпохи молодой Вселенной, тогда как древние близкие звезды хранят химические следы более ранних поколений. Вместе эти данные помогают астрономам восстановить картину того, как формировались первые звезды и распространяли новые элементы в космосе. Исследования MEGATRON показывают, что точное моделирование взаимодействия звездного света, газа и химического обогащения имеет решающее значение. Упрощенные симуляции могут недооценивать, насколько сильно излучение звезд и химические процессы преобразуют газ вокруг молодых галактик.
Доктор Мартин Рей из Университета Бата отметил: «Космический телескоп Джеймса Уэбба дает нам прямое представление о младенческой Вселенной, а звездная археология позволяет изучать реликты тех древнейших времен в нашем галактическом окружении. MEGATRON обеспечивает физический мост между этими двумя подходами». Симуляции начинаются с первичного газа, не содержащего тяжелых элементов, — примерно таких условий, какие существовали вскоре после Большого взрыва. Затем они отслеживают рождение первых звезд, их излучение, взрывы сверхновых и распространение новых элементов в последующие поколения звезд и галактик.
«Элементы, благодаря которым возможны наш мир и жизнь — углерод, кислород, железо и многие другие — были созданы звездами. Чтобы понять, откуда взялись эти элементы, нужно разобраться, как формировались первые звезды и обогащали окружающее пространство. MEGATRON позволяет напрямую проверять эти идеи, сравнивая детальные симуляции с наблюдениями JWST и химическими отпечатками, сохранившимися в древних звездах», — добавил доктор Рей. Симуляции отслеживают молодую галактику, которая, как ожидается, вырастет примерно до массы Млечного Пути. Они моделируют движение газа, звездный свет и изменение химического состава на протяжении миллиардов лет. Высокое разрешение выявляет газовые структуры, которые могут пропускать более простые модели, что влияет на прогнозы поведения излучения и обогащенного вещества вокруг ранних галактик. Четыре исследования MEGATRON опубликованы в Open Journal of Astrophysics.
Команда планирует в будущем сравнить симуляции напрямую с наблюдениями JWST и обзорами древних звезд. Исследователи из Бата получили 40 миллионов процессорных часов на национальных суперкомпьютерах Великобритании, чтобы запускать модели с более высоким разрешением и более полной физикой. «MEGATRON создает общую физическую основу для интерпретации двух самых захватывающих наборов астрономических данных: вида JWST на самые ранние галактики и летописи звездных окаменелостей, — сказал доктор Рей. — Вместе эти взаимодополняющие наблюдения позволяют проверять конкурирующие модели первых звезд так, как это было невозможно ранее».