Jak MEGATRON skládá příběh prvních hvězd

Projekt MEGATRON simuluje vývoj oblasti vesmíru, z níž se později stala galaxie podobná Mléčné dráze. Model začíná plynem bez těžších prvků a sleduje vznik prvních hvězd, označovaných jako populace III, i postupné formování menších galaxií, které se později spojovaly a rostly. Výjimečný je tím, že v jednom výpočtu propojuje pohyb plynu, jeho proměňující se chemické složení a záření. Simulace tak mohou předpovídat nejen podobu raných galaxií, ale také chemické stopy, které jejich vývoj zanechal v pozdějších hvězdách. 86

Záření, chemie a výbuchy hvězd

Modely počítají s tím, jak záření zahřívá a ionizuje plyn, jak jeho ochlazování ovlivňují prvotní molekuly a později vznikající těžší prvky a jak hvězdné procesy včetně supernov rozptylují nové prvky do okolí. Tyto vlivy mění podmínky, v nichž se rodí další generace hvězd.

Výsledky ukazují, že plyn v raných galaxiích je hustší a méně obohacený o těžší prvky než plyn v podobně hmotných galaxiích dnešního vesmíru. Zároveň na něj působí silnější záření. Takové podmínky odpovídají některým výkladům pozorování z teleskopu Jamese Webba, známého také pod zkratkou JWST. MEGATRON dokáže napodobit rozmanitost spekter vzdálených galaxií, ale shoda spektra sama o sobě ještě neurčuje, který konkrétní proces zpětné vazby ji způsobil. 813

Možná chemická stopa prvních hvězd

Jedna z úvodních studií zkoumá obsah železa v nejmenších trpasličích galaxiích. Podle simulací může obohacení plynu prvními hvězdami vytvořit přibližně vyrovnanou úroveň průměrného obsahu železa, tedy jakousi „plošinu“, místo aby jeho množství s klesající hmotností galaxie stále ubývalo. To by mohlo být pozůstatkem po prvních supernovách. Zatím jde o výsledek modelování, nikoli o přímé a definitivní změření vlastností prvních hvězd. 7

Dvě cesty k dávnému vesmíru

Simulace umožňují porovnávat předpovězené světlo mladých galaxií s pozorováními JWST. Vedle toho lze jejich předpovědi o chemickém složení srovnávat se starými, na těžší prvky chudými hvězdami v Mléčné dráze a jejím okolí. Jde o dva doplňující se pohledy: dalekohled zachycuje vzdálené galaxie takové, jaké byly v dávné minulosti, zatímco složení dochovaných hvězd uchovává chemické dědictví staršího vývoje. 87

Co už projekt přinesl a co má následovat

Dosavadní práce zahrnuje soubor simulací a studie spekter galaxií ve velkých kosmologických vzdálenostech, plynu a zpětné vazby v raných galaxiích, prostředí prvních hvězd i obsahu železa v trpasličích galaxiích. 81367

Plánované výpočty s vyšším rozlišením mají podrobněji zachytit plyn, z něhož se první hvězdy formovaly. Vědci tak budou moci porovnávat různé předpoklady o jejich hmotnostech, záření a množství prvků vytvářených při supernovách. Tyto scénáře pak půjde testovat proti spektrům pozorovaným JWST i proti chemickému složení starých hvězd. Jde o další krok k ověření různých modelů, nikoli o už uzavřenou odpověď na otázku, jaké první hvězdy byly. 81367