Мощные симуляции раскрывают, как первые звезды изменили Вселенную

Исследователи используют чрезвычайно детальные компьютерные симуляции, чтобы реконструировать один из самых преобразующих периодов космической истории — эпоху, когда начали появляться первые звёзды и галактики. Работа ведётся в рамках проекта MEGATRON под руководством исследователей из Университета Бата в Великобритании с участием Университета Чикаго в США и Института астрофизики Парижа во Франции. Четыре исследования MEGATRON, опубликованные в Open Journal of Astrophysics, объединяют передовые космологические симуляции с детальными моделями радиации, химии и формирования галактик; они показывают, как первые звёзды осветили тёмную Вселенную и начали производить и рассеивать элементы, включая углерод, кислород и железо.

Чтобы связать два разных свидетельства о ранней Вселенной — наблюдения молодых галактик с помощью JWST и химические сигнатуры в некоторых из самых старых звёзд в Млечном Пути и вокруг него, — необходимо точно моделировать сложные взаимодействия между звёздным светом, газом и новыми элементами. Симуляции MEGATRON отслеживают молодую галактику, эволюционирующую к системе, примерно сравнимой по массе с Млечным Путём, одновременно учитывая движение газа, распространение звёздного света и изменение концентраций разных химических элементов. Результаты указывают, что менее детальные модели могут недооценивать, насколько сильно звёздное излучение и сложные химические процессы влияют на газ вокруг галактик; высокое разрешение позволяет улавливать структуры, которые более простые подходы могут пропустить.

По мере развития проекта исследователи планируют использовать MEGATRON для более тесной связи теоретических моделей с быстро улучшающимися астрономическими наблюдениями. Проект получил 40 млн процессорных часов на национальных суперкомпьютерах Великобритании — эквивалент работы пяти миллионов ноутбуков в течение года, что позволит строить симуляции с более высоким разрешением и более полными физическими моделями. MEGATRON начался в 2023 году и запланирован до 2030 года; объединение данных JWST и крупных обзоров древних звёзд может дать более ясную картину первых поколений звёзд и помочь ответить, откуда взялись элементы современной Вселенной.