MEGATRON mô phỏng bình minh vũ trụ và dấu tích hóa học của những ngôi sao đầu tiên

Tái dựng một thiên hà từ khí nguyên thủy

MEGATRON mô phỏng một vùng vũ trụ được dự đoán sẽ hình thành thiên hà có khối lượng tương đương Ngân Hà ngày nay. Mô hình bắt đầu từ khí gần như chưa chứa nguyên tố nặng, rồi theo dõi sự xuất hiện của những ngôi sao Population III — thế hệ sao đầu tiên — và quá trình các tiền thân nhỏ của thiên hà lớn dần. Điểm đặc biệt là dự án kết hợp chuyển động của khí, hóa học biến đổi theo thời gian và sự truyền bức xạ, nhờ đó có thể dự đoán cả ánh sáng của thiên hà sơ khai lẫn dấu vết hóa học mà các thế hệ sao sau để lại. 86

Bức xạ, hóa học và siêu tân tinh cùng định hình thiên hà

Trong mô phỏng, bức xạ từ sao làm nóng và ion hóa khí; các phân tử nguyên thủy và những nguyên tố nặng hơn ảnh hưởng đến khả năng khí nguội đi. Khi sao kết thúc vòng đời, phản hồi sao — trong đó có các vụ nổ siêu tân tinh — có thể phát tán vật chất mới được tạo ra vào môi trường xung quanh.

Các mô hình cho thấy khí trong thiên hà thời vũ trụ sơ khai thường đặc hơn, ít được làm giàu nguyên tố nặng hơn và chịu trường bức xạ mạnh hơn khí ở những thiên hà có khối lượng tương tự trong vũ trụ gần. Những đặc điểm này phù hợp với một số cách diễn giải dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Mô phỏng cũng tái tạo được nhiều dạng quang phổ thiên hà ở dịch chuyển đỏ cao; tuy nhiên, chỉ khớp với một quang phổ chưa đủ để kết luận duy nhất quá trình phản hồi nào đã tạo ra nó. 813

“Cao nguyên” sắt có thể là dấu tích của sao đầu tiên

Một nghiên cứu ban đầu của MEGATRON tập trung vào các thiên hà lùn nhỏ nhất. Kết quả cho thấy việc những ngôi sao đầu tiên làm giàu môi trường bằng nguyên tố nặng có thể tạo ra một vùng gần như bằng phẳng trong hàm lượng sắt trung bình của các thiên hà này, thay vì hàm lượng sắt giảm đều khi khối lượng thiên hà nhỏ đi. 7

Nếu được xác nhận bằng quan sát, dấu hiệu ấy có thể giúp lần theo ảnh hưởng của những siêu tân tinh đầu tiên. Nhưng đây vẫn là một khả năng được gợi ra từ mô phỏng, không phải phép đo đã xác định chắc chắn đặc tính của các ngôi sao hay vụ nổ thuở ban đầu. 7

Từ ánh sáng JWST đến những ngôi sao cổ quanh Ngân Hà

Hai loại quan sát bổ trợ cho nhau. JWST ghi nhận ánh sáng từ các thiên hà rất xa, cho phép so sánh với quang phổ mà MEGATRON dự đoán cho các hệ trẻ. Trong khi đó, thành phần nguyên tố của những ngôi sao cổ, nghèo kim loại trong và quanh Ngân Hà có thể lưu lại thông tin về vật chất từ các thế hệ sao trước đó. Một phía cho thấy thiên hà sơ khai phát sáng ra sao; phía kia giúp đọc lại dấu tích hóa học còn tồn tại đến nay. 87

Các nghiên cứu ban đầu đã xây dựng bộ mô phỏng và khảo sát quang phổ thiên hà ở dịch chuyển đỏ cao, khí và phản hồi trong thiên hà sơ khai, môi trường hình thành sao Population III, cùng sự làm giàu sắt trong thiên hà lùn. 81367 Những mô phỏng có độ phân giải cao hơn được lên kế hoạch để mô tả chi tiết hơn vùng khí nơi các ngôi sao đầu tiên hình thành. Qua đó, giới nghiên cứu có thể kiểm tra các giả thuyết khác nhau về khối lượng sao, bức xạ và lượng nguyên tố do siêu tân tinh tạo ra, đối chiếu với cả quang phổ JWST lẫn thành phần hóa học của sao cổ. Kết quả tương lai mới có thể cho biết giả thuyết nào phù hợp hơn; hiện vẫn chưa có kết luận cuối cùng về bản chất của những ngôi sao đầu tiên. 81367