Simuleringar kopplar de första stjärnorna till dagens dvärggalaxer

MEGATRON är en serie kosmologiska simuleringar som följer ett område av universum där en galax med ungefär Vintergatans massa så småningom ska bildas. Modellerna börjar med gas utan tyngre grundämnen och följer hur de första stjärnorna – Population III – tänds, hur mindre galaxer växer och hur de berikas av ämnen som bildas i stjärnor. 86

Det särskiljande är att simuleringarna behandlar gasens rörelser, strålning och kemi tillsammans. De följer hur strålning värmer och joniserar gas, hur molekyler och senare grundämnen påverkar gasens avkylning och hur stjärnornas återkoppling, däribland supernovor, sprider nybildade ämnen. På så sätt kan forskarna räkna fram både galaxernas utveckling och deras förväntade ljus. 813

Från galaxernas ljus till gamla stjärnors kemi

Modellerna visar att gasen i tidiga galaxer är tätare och mindre berikad med tyngre grundämnen än i jämförbara galaxer i det närliggande universum. De har också starkare strålningsfält – egenskaper som stämmer med vissa tolkningar av spektra från James Webb-teleskopet, JWST. MEGATRON kan återskapa en variation av spektra från avlägsna galaxer, men en likhet med observationerna pekar inte ensam ut vilken återkopplingsprocess som ligger bakom. 813

En annan del av projektet undersöker små dvärggalaxer. En första studie visar att de första stjärnornas bidrag till galaxernas kemiska innehåll kan ge en platå i den genomsnittliga järnhalten hos de minsta systemen, i stället för att halten fortsätter minska jämnt när galaxens stjärnmassa blir lägre. Det kan vara ett spår av tidiga supernovor som finns kvar i dag, men är inte i sig ett säkert besked om exakt hur de första stjärnorna såg ut. 7

Här kompletterar två slags observationer varandra. JWST ser unga galaxer långt bort, vars ljus har färdats genom universum under mycket lång tid. Gamla, metallfattiga stjärnor i och kring Vintergatan bevarar i stället en del av den kemiska information som fanns när de bildades. MEGATRON kan jämföra sina förutsägelser med båda typerna av ledtrådar. 87

Vad kan nästa steg visa?

De första studierna från projektet omfattar simuleringar och analyser av galaxspektra vid hög rödförskjutning, gas och återkoppling i tidiga galaxer, miljöerna där Population III-stjärnor bildas samt järnhalten i dvärggalaxer. 81367

Planerade simuleringar med högre upplösning ska kunna beskriva gasen där de första stjärnorna föds mer detaljerat. Då kan forskarna pröva olika antaganden om stjärnornas massor, strålning och supernovor samt vilka grundämnen explosionerna lämnar efter sig. Resultaten kan jämföras med både JWST:s galaxspektra och grundämnena i gamla stjärnor. Det är ett sätt att testa konkurrerande modeller – inte ett redan avgjort svar på hur de första stjärnorna var beskaffade. 81367