Nove simulacije povezuju prve zvezde sa kosmičkim tragovima koji su vidljivi i danas

Međunarodni projekat MEGATRON povezuje teleskopske opservacije ranog univerzuma sa hemijskim fosilnim svedočanstvima o Mlečnom putu. Istraživači su koristili neke od dosad najdetaljnijih simulacija ranog univerzuma da bi ispitali kako su se formirale prve zvezde i galaksije.

Istraživači sa Univerziteta u Batu u Ujedinjenom Kraljevstvu i kolege sa Univerziteta u Čikagu u Sjedinjenim Državama i iz Instituta za astrofiziku u Parizu u Francuskoj koriste napredne simulacije radi ispitivanja kako su prve zvezde i galaksije osvetlile mračni kosmos i obogatile ga hemijskim elementima koji će kasnije postati gradivni elementi svega oko nas.

Preporučujemo

Četiri studije u okviru projekta MEGATRON kombinuju najsavremenije kosmološke simulacije sa sofisticiranim modelima zračenja, hemije i formiranja galaksija. Zajedno čine prvu značajnu celinu objavljenih rezultata ove saradnje, a očekuju se dalji radovi.

Nalazi iz studije o prvim zvezdama pokazuju da je precizno registrovanje interakcije između zvezdane svetlosti, gasa i novostvorenih elemenata bitno za povezivanje dva ranije odvojena pogleda na rani univerzum: opservacije mladih galaksija pomoću svemirskog teleskopa „Džejms Veb“ i hemijske informacije sačuvane u drevnim zvezdama u Mlečnom putu i oko njega.

„Veb“ obezbeđuje direktan pogled na galaksije u ranom univerzumu, dok drevne zvezde služe kao fosilni zapis kosmičke istorije. Proučavajući hemijske karakteristike ovih drevnih zvezda, astronomi mogu da rekonstruišu svojstva prvih zvezda i prate kako su obogatile kosmos prvim hemijskim elementima.

Simulacije prate evoluciju mlade galaksije koja će narasti u sistem sličan Mlečnom putu po masi. Koristeći napredne računarske modele koji istovremeno prate kretanje gasa, širenje zvezdane svetlosti i evoluciju hemijskih koncentracija, istraživači su ispitali kako zvezde oblikuju gas u galaksijama i oko njih tokom milijardi godina.

Studija sugeriše da pojednostavljeni modeli mogu potceniti uticaj zvezdanog zračenja i složenih hemijskih procesa na gas koji okružuje galaksije. Modeliranje ovih efekata u izuzetno visokoj rezoluciji otkrilo je strukture u gasu koje jednostavniji modeli ne registruju, što pomaže da se poboljšanju predviđanja za sadašnje i buduće astronomske opservacije.

Neposredan uvid u rani kosmos

„Svemirski teleskop Džejms Veb daje nam neposredan uvid u rani kosmos, a zvezdana arheologija nam omogućava da proučavamo ostatke tih najranijih vremena u našem sopstvenom galaktičkom susedstvu. MEGATRON obezbeđuje fizički most između njih“, kažu istraživači.

Simulacije počinju sa čistim gasom koji ne sadrži teške elemente, oponašajući uslove odmah nakon Velikog praska. Zatim prate rađanje prvih zvezda, zračenje koje emituju, eksplozije supernova koje predstavljaju njihovu smrt i raspršivanje novostvorenih elemenata u naredne generacije zvezda i galaksija.

Razumevanje ovog procesa je u središtu jednog od najfundamentalnijih pitanja astronomije: odakle potiču elementi od kojih je sačinjen današnji univerzum. Elemente koji čine naš svet i život mogućim – ugljenik, kiseonik, gvožđe i mnoge druge – stvorile su zvezde.

Da bismo razumeli odakle ti elementi potiču, moramo da razumemo kako su se prve zvezde formirale i obogatile svoja okruženja. MEGATRON omogućava da se ove ideje direktno testiraju putem poređenja detaljnih simulacija sa „Vebovim“ opservacijama i hemijskim tragovima sačuvanim u drevnim zvezdama.

Istraživači planiraju da upotrebe MEGATRON za jačanje veza između teorije i nadolazećih opservacionih podataka. Dok „Veb“ nastavlja da transformiše naše razumevanje najranijih galaksija, zvezdana ispitivanja velikih razmera obezbeđivaće sve detaljnije informacije o drevnim zvezdama u Mlečnom putu i oko njega.

Naučnici već razvijaju sledeću generaciju simulacija. Projektu je dodeljeno 40 miliona procesorskih sati na nacionalnim superkompjuterima Ujedinjenog Kraljevstva, što je ekvivalentno radu pet miliona laptop računara istovremeno tokom godinu dana. Ovi resursi će omogućiti simulacije sa višom rezolucijom i potpunijim fizičkim modelima, što će omogućiti još direktnija poređenja sa „Vebovim“ opservacijama i hemijskim fosilnim tragovima sačuvanim u drevnim zvezdama.

„MEGATRON predstavlja zajednički fizički okvir za tumačenje dva najuzbudljivija nova skupa podataka u astronomiji: ‘Vebovog’ posmatranja najranijih galaksija i zvezdanog fosilnog svedočanstva. Ove komplementarne opservacije zajedno omogućavaju da testiramo konkurentne modele prvih zvezda na načine koji ranije nisu bili mogući“, kažu istraživači.

Projekat MEGATRON je započet 2023. godine i u planu je da traje do 2030.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)