Аннотация:
Исследовательский проект MEGATRON, возглавляемый Университетом Бата в Великобритании, опубликовал новую серию результатов моделирования ранней Вселенной. Исследовательская группа включила звездообразование, движение газа, звездное излучение и эволюцию химических элементов в один и тот же набор космологических моделей, пытаясь связать ранние галактики, наблюдаемые космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), с химическими «ископаемыми», оставленными древними звездами внутри и вокруг Млечного Пути. Команда заявила, что если игнорировать звездное излучение и сложные химические процессы, модель может недооценивать влияние ранних звезд на газ вокруг галактики.
Начиная с первичного газа, почти не содержащего тяжелых элементов, моделирование отслеживает образование первых звезд, испускаемое ими излучение, распространение новых элементов в виде сверхновых и последующую эволюцию звезд и галактик. Звезды первого поколения, часто называемые звездами населения III, сформировались в ранней Вселенной; их излучение изменило бы окружающий газ, а их смертельные взрывы выбросили бы в космос железо, кислород, углерод и другие элементы, образовавшиеся внутри звезд, предоставив сырье для последующих звезд и планет. Команда смоделировала регион, который в конечном итоге превратился в галактику размером с Млечный Путь, и позволила модели отслеживать взаимодействие газа и звездного света в галактике на протяжении миллиардов лет.
В этом раунде проект MEGATRON опубликовал в общей сложности четыре исследования, одно из которых было опубликовано в «Открытом астрофизическом журнале» и посвящено изучению того, как первое поколение звезд влияет на содержание железа в самых маленьких карликовых галактиках. Моделирование радиационной жидкости с высоким разрешением показывает, что в карликовых галактиках со звездными массами, не более чем примерно в 100 000 раз превышающими массу Солнца, может образоваться структура «платформы» со средним содержанием железа, составляющим около трех тысячных содержания солнечного железа, то есть астрономическое обозначение [Fe/H] составляет около -2,5. Модель связывает эту особенность со сверхновыми парной нестабильности (PISN) звезд населения III: элементы, образующиеся и выбрасываемые после взрыва первичной звезды, удерживаются газом окружающей карликовой галактики и становятся компонентами последующих звезд.
Моделирование также показывает, что сильный радиационный фон Лаймана-Вернера, создаваемый примитивной галактикой, будет влиять на среду, в которой возникают нестабильные сверхновые, заставляя их появляться в гало темной материи с массой примерно в 10 миллионов раз больше солнечной; в этой более глубокой гравитационной потенциальной яме с большей вероятностью останутся такие элементы, как железо, выброшенное взрывом. Исследования предсказывают, что около одной пятой карликовых галактик могут попасть в категорию крайне бедных железом, со средним значением [Fe/H] не выше -3. В статье утверждается, что, несмотря на предположения модели, которые существенно меняют процесс обратной связи звезд населения II, плато содержания железа и хвост с низким содержанием железа все еще существуют; в симуляциях эти особенности также могут быть сохранены в карликовых галактиках-спутниках, вращающихся сегодня вокруг больших галактик. Это предсказания моделирования, которые еще предстоит сравнить с наблюдениями JWST и химическими измерениями древних звезд Млечного Пути.
Проект осуществляется Университетом Бата в сотрудничестве с Чикагским университетом в США, Институтом астрофизики в Париже, Франция и другими учреждениями. Он начнется в 2023 году и будет продолжаться до 2030 года. Команда получила 40 миллионов процессорных часов дополнительных вычислительных ресурсов от Национального суперкомпьютера Великобритании для запуска моделирования следующего поколения с более высоким разрешением и большим количеством физических процессов; этот вычислительный ресурс предназначен для будущих планов исследований и не является компьютерными часами, использованными для этого раунда завершенного моделирования. Исследователи надеются использовать последующие данные для более непосредственного тестирования различных моделей формирования звезд первого поколения и выяснения того, как они освещали раннюю Вселенную, изменили химическую среду и, в конечном итоге, оставили следы элементов, которые все еще можно наблюдать сегодня.
Комментарии