Bagaimana MEGATRON membina semula fajar galaksi

MEGATRON ialah rangkaian simulasi kosmologi yang menjejaki sebuah rantau alam semesta yang akhirnya akan membentuk galaksi seberat Bima Sakti. Pengiraannya bermula dengan gas yang belum mengandungi unsur berat, kemudian mengikuti pembentukan bintang pertama—dikenali sebagai bintang Populasi III—serta pertumbuhan galaksi-galaksi kecil yang menjadi pendahulu galaksi besar. 86

Keistimewaan pendekatan ini ialah simulasi menggabungkan gerakan gas, perubahan kimia dan pengangkutan radiasi. Dengan itu, penyelidik boleh mengkaji bukan sahaja bagaimana galaksi awal terbentuk, tetapi juga meramalkan cahaya yang dipancarkannya dan unsur yang mungkin tertinggal dalam bintang generasi kemudian. 58

Radiasi, kimia dan supernova saling mempengaruhi

Radiasi daripada bintang boleh memanaskan serta mengionkan gas. Pada masa yang sama, molekul purba dan unsur yang dihasilkan oleh bintang mengubah cara gas menyejuk. Apabila bintang meletup sebagai supernova, unsur baharu tersebar ke ruang sekeliling dan mengubah bahan yang boleh membentuk generasi bintang seterusnya. 813

Model MEGATRON menunjukkan bahawa gas dalam galaksi awal lebih tumpat dan kurang diperkaya unsur berat, serta terdedah kepada medan radiasi yang lebih kuat berbanding galaksi berjisim serupa berhampiran kita hari ini. Keadaan ini selari dengan tafsiran terhadap spektrum galaksi awal yang diperhatikan oleh Teleskop Angkasa James Webb (JWST). Simulasi juga menghasilkan pelbagai jenis spektrum galaksi jauh, tetapi padanan spektrum sahaja belum dapat menentukan dengan pasti proses maklum balas bintang yang menyebabkannya. 813

Petunjuk besi dalam galaksi kerdil

Satu kajian awal MEGATRON mencadangkan bahawa pengayaan oleh bintang pertama boleh menghasilkan corak kelimpahan besi yang hampir mendatar dalam galaksi kerdil paling kecil. Dengan kata lain, kandungan besi purata dalam sistem-sistem itu tidak semestinya terus menurun apabila jisim galaksi semakin kecil. 7

Dalam astronomi, istilah “logam” merujuk kepada unsur yang lebih berat daripada helium. Oleh itu, kandungan besi boleh menjadi sebahagian daripada rekod kimia yang membantu penyelidik mengesan bahan yang dihasilkan oleh bintang dan supernova terdahulu. Corak dalam galaksi kerdil itu mungkin menyimpan petunjuk tentang letupan bintang pertama, namun ia belum memberikan ukuran muktamad tentang sifat bintang tersebut. 7

Menghubungkan JWST dengan bintang tua

JWST memerhati cahaya daripada galaksi yang sangat jauh—dan dengan itu, alam semesta pada zaman yang jauh lebih awal. MEGATRON boleh membandingkan spektrum yang diramalkan oleh simulasi dengan pemerhatian tersebut. Pada masa yang sama, ramalan tentang kandungan unsur boleh dibandingkan dengan bintang purba yang miskin logam di dalam dan sekitar Bima Sakti. 87

Kedua-dua pendekatan ini memberikan pandangan yang saling melengkapi: teleskop melihat galaksi ketika masih muda, manakala komposisi bintang tua menjadi rekod bahan kimia yang diwarisi daripada generasi bintang terdahulu. 87

Apa langkah seterusnya?

Kerja awal projek ini merangkumi rangkaian simulasi serta kajian tentang spektrum galaksi beranjak merah tinggi, gas dan maklum balas dalam galaksi awal, persekitaran bintang Populasi III, dan pengayaan besi dalam galaksi kerdil. 81367

Simulasi akan datang dengan resolusi lebih tinggi dijangka dapat meneliti gas tempat bintang pertama terbentuk dengan lebih terperinci. Ini akan membantu penyelidik menguji andaian yang berbeza tentang jisim bintang pertama, radiasinya dan unsur yang dihasilkan oleh supernovanya—dengan membandingkan ramalan tersebut kepada spektrum JWST dan komposisi kimia bintang. Ujian itu masih dalam perancangan; sifat sebenar bintang pertama belum dipastikan melalui hasil ini. 81367