MEGATRON моделирует рождение звёзд и рост галактики, похожей на Млечный Путь

Проект MEGATRON моделирует участок ранней Вселенной, который со временем превратится в галактику примерно с массой Млечного Пути. Расчёты начинаются с газа, в котором ещё нет тяжёлых элементов, и прослеживают появление первых звёзд — так называемых звёзд населения III — и рост небольших галактик-предшественников. Особенность проекта в том, что он одновременно учитывает движение газа, его химические превращения и воздействие излучения. Поэтому модели могут предсказывать и свет ранних галактик, и химические следы, которые сохраняются в звёздах позднейших эпох. 86

Как излучение и химия меняют ранние галактики

Излучение звёзд нагревает и ионизирует газ, а молекулы первичного вещества и более поздние тяжёлые элементы влияют на то, насколько эффективно газ остывает. Обратная связь от звёзд, включая взрывы сверхновых, разносит новые элементы по окружающей среде. В совокупности эти процессы влияют на то, где и как образуются следующие поколения звёзд, а значит — и на спектр галактики.

Модели показывают, что газ в галактиках ранней Вселенной плотнее и беднее тяжёлыми элементами, а радиационные поля сильнее, чем у галактик сопоставимой массы в современной Вселенной. Эти условия согласуются с интерпретациями наблюдений JWST. MEGATRON воспроизводит разнообразие спектров далёких галактик, однако совпадение модели с наблюдениями само по себе не позволяет однозначно определить, какой именно механизм обратной связи сформировал спектр. 813

Возможная подсказка в самых малых карликовых галактиках

Одна из первых работ MEGATRON исследует связь между массой карликовой галактики и средним содержанием в её звёздах железа. Расчёты допускают, что в самых малых системах эта величина может выходить на плато: при уменьшении массы галактики среднее содержание железа не продолжает снижаться так же, как в более массивных системах. 7

Такой результат может указывать на химическое обогащение газовых облаков первыми звёздами и их сверхновыми. Но это пока возможное объяснение расчётов, а не прямое измерение свойств первых звёзд или доказательство единственного сценария их взрывов. 7

Два способа заглянуть в прошлое

JWST наблюдает далёкие галактики такими, какими они были в ранней Вселенной. У древних бедных металлами звёзд Млечного Пути другая роль: их химический состав может хранить сведения о веществе, из которого они сформировались. Сравнивая предсказанные спектры галактик и химические abundances звёзд с наблюдениями, исследователи сопоставляют два независимых свидетельства о раннем звездообразовании. 87

Первые исследования MEGATRON охватили спектры галактик с большим красным смещением, газ и обратную связь в ранних галактиках, окружение звёзд населения III и обогащение железом карликовых систем. Следующий важный шаг — расчёты с более высоким разрешением: они должны подробнее показать газовые облака, в которых зарождались первые звёзды. Это поможет проверять разные предположения об их массах, излучении и количестве элементов, выбрасываемых сверхновыми, сопоставляя результаты и с данными JWST, и с химическим составом древних звёзд. Выяснить таким образом, какими именно были первые звёзды, ещё предстоит. 81367