איך MEGATRON מחבר בין אור הגלקסיות הקדומות להרכב הכימי של כוכבים עתיקים

כדי להבין כיצד נולדו הגלקסיות הראשונות, צריך לעקוב לא רק אחר הכוכבים שהאירו אותן, אלא גם אחר הגז שממנו נוצרו, הקרינה שהשפיעה עליו והיסודות שפיזרו כוכבים שהתפוצצו. פרויקט MEGATRON מנסה לעשות זאת באמצעות סימולציות של אזור ביקום שעתיד לקרוס ולהפוך לגלקסיה בעלת מסה דומה לזו של שביל החלב. המודלים מתחילים בגז קדמוני, ללא מתכות — באסטרונומיה, הכוונה ליסודות כבדים יותר מהליום — ועוקבים אחר היווצרותם של כוכבים מדור ראשון, המכונים אוכלוסייה III, והגלקסיות שסביבם. 58

לא רק גז וכוכבים: גם קרינה וכימיה

הייחוד של MEGATRON הוא בשילוב כמה תהליכים בתוך אותה סימולציה. המודלים עוקבים אחר תנועת הגז, אחר תגובות כימיות שאינן מגיעות בהכרח לשיווי משקל, ואחר קרינה בתדרים שונים שמתפשטת תוך כדי חישוב. כך אפשר לבדוק כיצד קרינה מחממת ומייננת את הגז, כיצד מולקולות קדמוניות ויסודות שנוצרו בכוכבים משפיעים על התקררותו, וכיצד משוב מכוכבים — ובהם התפוצצויות סופרנובה — משנה את סביבת היווצרותם ומפזר בה יסודות חדשים. 58

התמונה שמתקבלת היא של גלקסיות קדומות שבהן הגז צפוף יותר, עשיר פחות במתכות וחשוף לשדות קרינה חזקים יותר מאשר בגלקסיות דומות ביקום המקומי. תנאים אלה מתיישבים עם פרשנויות של תצפיות מטלסקופ החלל ג׳יימס ובּ, והסימולציות מסוגלות לשחזר מגוון של ספקטרומים מגלקסיות רחוקות. עם זאת, התאמה של ספקטרום אינה מספיקה לבדה כדי לקבוע איזה תהליך משוב מסוים יצר אותו. 13

רמז אפשרי בספירת הברזל

אחד המחקרים הראשונים בפרויקט בחן גלקסיות ננסיות, ובפרט את הקשר בין המסה שלהן לכמות הברזל הממוצעת בכוכביהן. לפי הסימולציות, בגלקסיות הקטנות ביותר עשויה להיווצר מעין רמה בשפע הברזל, במקום ירידה רציפה שלו ככל שהגלקסיה קטנה. הרמה מופיעה סביב ‎[Fe/H] ≈ −2.5‎, ובמערכות שמסת הכוכבים שלהן עד כ־100 אלף מסות שמש. 134

החוקרים מציעים שהעשרה כימית מהכוכבים הראשונים עשויה להסביר את הדפוס הזה. אם כך, כוכבים עתיקים בגלקסיות ננסיות עשויים לשמר עקבות של הסופרנובות הראשונות — אך מדובר בתוצאה של מודל ובאפשרות פרשנית, לא בזיהוי ישיר וחד־משמעי של תכונות הכוכבים שהתפוצצו. 47

שתי דרכים לקרוא את היקום הקדום

כאן נוצר החיבור בין טלסקופ ג׳יימס ובּ לבין כוכבים זקנים בשביל החלב ובסביבתו. הטלסקופ צופה בגלקסיות רחוקות כפי שהיו ביקום הקדום, והסימולציות יכולות לחשב כיצד הן עשויות להיראות בספקטרום. לעומת זאת, הרכב היסודות בכוכבים עתיקים ודלי מתכות מספק מעין תיעוד של החומר שממנו נוצרו. אלה שתי נקודות מבט משלימות על אותה תקופה: אור של גלקסיות צעירות מצד אחד, והרכב כימי שנותר בכוכבים ששרדו מצד שני. 248

העבודות הראשונות של MEGATRON כוללות סימולציות ומחקרים על ספקטרומים של גלקסיות רחוקות, הגז והמשוב בגלקסיות קדומות, סביבות היווצרותם של כוכבי אוכלוסייה III והעשרת הברזל בגלקסיות ננסיות. בהמשך מתוכננות סימולציות ברזולוציה גבוהה יותר, שיוכלו לתאר בפירוט רב יותר את הגז שממנו נוצרים הכוכבים הראשונים. כך אפשר יהיה לבחון הנחות שונות לגבי מסות הכוכבים, הקרינה שלהם והיסודות שנפלטים בסופרנובות — ולהשוות את התחזיות הן לתצפיות של ג׳יימס ובּ והן להרכב הכימי של כוכבים עתיקים. זו בדיקה עתידית שעשויה לצמצם את אי־הוודאות, לא תשובה סופית שכבר הוכרעה. 6813