Международная группа ученых использует высокодетализированные компьютерные симуляции, чтобы воссоздать эпоху зарождения первых звезд и галактик. Проект MEGATRON, который ведут исследователи из университетов Бата (Великобритания) и Чикаго (США) совместно с Институтом астрофизики в Париже, призван объяснить, как ранняя Вселенная вышла из тьмы и как в ней появились химические элементы, ставшие основой для планет и жизни.
В серии из четырех статей, опубликованных в Open Journal of Astrophysics, команда представила первые крупные результаты работы. Исследователи показали, что для понимания ранней Вселенной необходимо точно моделировать сложные процессы взаимодействия звездного света, газа и возникающих химических элементов. Это позволяет связать воедино два ключевых источника данных: наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» за молодыми галактиками и химический состав древнейших звезд Млечного Пути.
Телескоп «Уэбб» позволяет астрономам напрямую видеть галактики в младенчестве Вселенной. В то же время древние звезды служат своего рода «ископаемыми летописями» событий, произошедших миллиарды лет назад. Их химический состав несет информацию о свойствах самых первых светил и о том, как они начали обогащать космос тяжелыми элементами.
Симуляции MEGATRON отслеживают, как молодая галактика постепенно вырастает до размеров, сопоставимых с Млечным Путем. Модели одновременно учитывают движение газа, распространение света от звезд и изменение концентрации различных химических элементов во времени. Высокое разрешение позволяет зафиксировать структуры в межзвездном газе, которые упускают более простые подходы. Это поможет астрономам делать более точные прогнозы для текущих и будущих наблюдений.
Моделирование начинается с условий, близких к тем, что были после Большого взрыва – с чистого газа без тяжелых элементов. Далее симуляция воспроизводит рождение первых звезд, их излучение, взрывы сверхновых в конце их жизненного цикла и распространение синтезированных элементов в следующие поколения звезд и галактик. Таким образом ученые пытаются ответить на фундаментальный вопрос: откуда во Вселенной появились углерод, кислород, железо и другие элементы, из которых состоит наш мир.
Проект MEGATRON стартовал в 2023 году и рассчитан до 2030 года. Для следующего этапа симуляций исследователи уже получили 40 млн процессорных часов на национальных суперкомпьютерах Великобритании. Это позволит создать еще более детальные и полные физические модели, чтобы напрямую сопоставлять их с новыми данными телескопа «Уэбб» и результатами обзоров древних звезд.
