Sådan undersøger MEGATRON universets første stjerner

MEGATRON er en serie kosmologiske simuleringer, der følger et område af universet, som med tiden udvikler sig til en galakse på størrelse med Mælkevejen. Modellerne begynder med gas, der endnu ikke indeholder tungere grundstoffer, og følger dannelsen af de første stjerner – Population III – og de mindre galakser, der vokser sammen omkring dem. 86

Det særlige ved simuleringerne er, at de beregner gasbevægelser, kemi og stråling i sammenhæng. Dermed kan forskerne både undersøge, hvordan de tidlige galakser udvikler sig, og forudsige hvilket lys de ville udsende. De kan også følge, hvordan stjernernes grundstoffer spredes og bliver en del af senere generationer af stjerner. 8

Stråling og kemi former de tidlige galakser

Stjernernes stråling opvarmer og ioniserer gassen, mens molekyler fra det tidlige univers og senere tilførte grundstoffer påvirker, hvor effektivt gassen køler af. Når stjerner eksploderer som supernovaer, spreder de nydannede grundstoffer ud i omgivelserne.

Ifølge simuleringerne er gassen i tidlige galakser tættere og mindre beriget med grundstoffer end i galakser af tilsvarende størrelse i det nærliggende univers. De har også kraftigere strålingsfelter. Det stemmer med fortolkninger af observationer fra James Webb-rumteleskopet (JWST). Modellerne kan genskabe forskellige spektra fra galakser i det tidlige univers, men et spektrum alene afslører ikke entydigt, hvilken feedback-proces der har skabt det. 813

Et muligt kemisk spor i små dværggalakser

En af de første MEGATRON-analyser undersøger forholdet mellem dværggalaksernes masse og deres gennemsnitlige jernindhold. Resultatet peger på, at de mindste dværggalakser kan ligge på et omtrentligt jern-plateau, i stedet for at jernindholdet falder jævnt, jo mindre galakserne bliver. 7

Det kan være et muligt levn efter de første stjerners supernovaer, bevaret i små galakser. Det er dog ikke i sig selv en endelig måling af, hvordan de første stjerner så ud, eller præcis hvilke eksplosioner der fandt sted. 7

Fra James Webb til gamle stjerner

JWST viser fjerne galakser, som de så ud tidligt i universets historie. MEGATRON kan sammenligne teleskopets observationer med det lys, simuleringerne forudsiger. Samtidig kan forskerne holde modellernes beregninger af grundstoffer op mod de gamle, metalfattige stjerner i og omkring Mælkevejen. De to metoder giver forskellige indblik i den tidlige stjernedannelse: Den ene ser på unge galakser langt borte, mens den anden undersøger kemiske spor, der er bevaret i stjerner, som stadig findes i dag. 87

Hvad skal de næste simuleringer afklare?

De første studier har leveret en simuleringspakke og analyser af galaksespektre, gas og feedback i det tidlige univers, miljøerne omkring Population III-stjerner og jernindholdet i dværggalakser. 81367

Planlagte simuleringer med højere opløsning skal beskrive den gas, hvor de første stjerner blev dannet, mere detaljeret. Det kan gøre det muligt at afprøve forskellige antagelser om stjernernes masser, stråling og supernovaernes grundstofudbytte – og sammenligne dem med både JWST-observationer og de kemiske mønstre i gamle stjerner. Det er en kommende test, ikke en allerede afgjort beskrivelse af universets første stjerner. 81367