Первые поколения звезд появились вместе с началом изменений химического состава первичного газа. Они начали насыщать Вселенную химическими элементами, из которых позднее сформировались кометы, планеты, другие космические тела и, в конечном счете, жизнь. Однако у астрономов практически нет возможности изучать процессы, происходившие в столь далекий период. Международная группа ученых в рамках проекта MEGATRON создала серию подробных компьютерных моделей, позволяющих проследить формирование первых звезд и галактик и связать его с наблюдаемыми сегодня химическими явлениями. Первые четыре исследования проекта были опубликованы недавно в Open Journal of Astrophysics.

Моделирование началось с первичного газа, не содержащего тяжелых элементов. Оно проследило развитие молодой галактики, которая со временем должна достичь массы, сопоставимой с Млечным Путем. Расчеты одновременно учитывали движение газа, распространение звездного излучения и изменение химического состава вещества. Модель воспроизводит появление первых звезд, воздействие их излучения на окружающую среду, взрывы сверхновых и последующее распространение элементов, которые вошли в состав новых поколений звезд.

Расчеты показали, что применяемые обычно упрощенные модели недостаточно детально описывают взаимодействие излучения, газа и химических элементов. Звездное излучение меняет состояние газа, окружающего галактику, а сложные химические процессы влияют на его дальнейшую эволюцию. Высокое разрешение модели MEGATRON позволило воспроизвести структуры в газе, которые теряются в менее детальных расчетах, а значит, могут влиять на предсказанные свойства ранних галактик, что, в свою очередь, должно учитываться при их сравнении с данными фактических наблюдений.

Это особенно важно при изучении происхождения тяжелых элементов. Вскоре после Большого взрыва вещество Вселенной состояло преимущественно из водорода и гелия, тогда как углерод, кислород, железо и многие другие элементы возникли позднее внутри звезд и были рассеяны после их гибели.

В рамках MEGATRON предполагается использовать два способа проверки результатов моделирования. Один из них – космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который позволяет непосредственно наблюдать очень далекие молодые галактики, существовавшие вскоре после Большого взрыва. Другой – некоторые древние звезды Млечного Пути и его окрестностей, сформировавшиеся из вещества ранней Вселенной.

Авторы работы рассчитывают, что сочетание этих данных позволит выделить более корректные модели эволюции первых звезд и раннего формирования галактик. Следующее поколение расчетов MEGATRON будет иметь более высокое разрешение и позволит полнее описать физические процессы. Для него проекту выделено 40 млн процессорных часов на национальных суперкомпьютерах Великобритании. По мере накопления наблюдений JWST и данных исследований древних звезд компьютерные модели позволят восстановить непрерывную картину химической эволюции Вселенной – от первых светил до вещества, из которого впоследствии сформировались современные галактики и планеты.

• Вперёд >