Учёные с помощью сверхдетальных компьютерных симуляций восстанавливают период, когда во Вселенной появились первые звёзды и галактики. Исследование выполняется в рамках проекта MEGATRON, который возглавляют специалисты Университета Бата в Великобритании совместно с коллегами из Чикагского университета в США и Института астрофизики Парижа во Франции. Результаты четырёх работ опубликованы в Open Journal of Astrophysics.
Модели описывают, как первые звёзды освещали ранее тёмную Вселенную, а затем создавали и распространяли химические элементы. В дальнейшем эти элементы стали основой для формирования планет и жизни. Проект объединяет космологические расчёты с моделированием излучения, химических процессов и развития галактик.
Симуляции позволяют сопоставить два вида свидетельств о ранней Вселенной. Первый дают наблюдения молодых галактик, полученные космическим телескопом James Webb (JWST), а второй связан с химическими следами в древнейших звёздах Млечного Пути, где находится Солнечная система. По составу таких звёзд исследователи могут судить о свойствах первых светил и их роли в обогащении космоса элементами.
Расчёты начинаются с первичного газа, в котором отсутствуют тяжёлые элементы и который соответствует условиям вскоре после Большого взрыва. Затем учёные отслеживают рождение первых звёзд, распространение их излучения, взрывы сверхновых и передачу новых элементов следующим поколениям звёзд и галактик. Модели одновременно учитывают движение газа, прохождение света и изменение концентрации различных веществ в течение миллиардов лет.
Исследователи пришли к выводу, что упрощённые модели могут недооценивать влияние звёздного излучения и сложной химии на газ вокруг галактик. Более точные расчёты выявляют структуры, которые при таком подходе остаются незаметными, и помогают повысить точность прогнозов для текущих и будущих наблюдений. «Телескоп James Webb даёт нам прямой взгляд на младенческую Вселенную, а звёздная археология позволяет изучать остатки тех ранних эпох в нашем галактическом окружении. MEGATRON создаёт физический мост между ними», — заявил ведущий участник проекта доктор Мартин Рей из физического факультета Университета Бата.
По словам Рея, углерод, кислород, железо и другие элементы, необходимые для современного мира и жизни, сформировались внутри звёзд. Проект MEGATRON должен помочь проверить происхождение этих веществ через сопоставление симуляций с данными JWST и химическими «отпечатками» древних светил. На развитие проекта выделили 40 млн процессорных часов британских национальных суперкомпьютеров — это сопоставимо с одновременной работой пяти миллионов ноутбуков в течение года; начатая в 2023 году программа рассчитана до 2030 года.