Kemijski tragovi prvih generacija zvijezda sačuvali su se u zvijezdama koje astronomi proučavaju i danas. Nove računalne simulacije povezuju taj kemijski zapis s galaksijama iz ranog svemira koje snima svemirski teleskop James Webb. Cilj je rekonstruirati kako su prve generacije zvijezda promijenile okolni plin i pripremile materijal za nove zvijezde, planete i, mnogo kasnije, život.
Istraživači sa Sveučilišta u Bathu, Sveučilišta u Chicagu i Pariškog instituta za astrofiziku predstavili su četiri rada nastala u projektu MEGATRON. Njihove simulacije istodobno prate kretanje plina, širenje svjetlosti i promjene kemijskog sastava. Prema objavi Sveučilišta u Bathu, jednostavniji modeli mogu podcijeniti utjecaj zvijezda na plin u galaksijama i njihovoj okolici.
Dva pogleda na istu daleku prošlost
Webb i drevne zvijezde nude dva različita načina istraživanja početaka svemira. Teleskop prikuplja svjetlost koja je do nas putovala milijardama godina. Zbog toga udaljene galaksije vidimo u ranim razdobljima njihova razvoja. Zvijezde u Mliječnoj stazi i njezinoj okolici možemo proučavati mnogo detaljnije, ali njihov nastanak treba rekonstruirati iz tragova koji su se sačuvali do danas.
Jedan od tih tragova jest kemijski sastav. Različiti omjeri elemenata govore o plinu iz kojeg je zvijezda nastala i o ranijim zvijezdama koje su ga obogatile. Taj pristup astronomi nazivaju zvjezdanom arheologijom: umjesto predmeta iz zemlje, proučavaju kemijske ostatke ranijih razdoblja svemira.
Martin Rey, fizičar sa Sveučilišta u Bathu i jedan od vodećih istraživača projekta, objašnjava da MEGATRON treba povezati te dvije skupine podataka. Dobar model mora moći objasniti i mlade galaksije koje vidi Webb i kemijske tragove sačuvane u starim zvijezdama. To je zahtjevnija provjera od usporedbe s jednom vrstom opažanja.
Zvijezde mijenjaju materijal od kojeg nastaju nove zvijezde
Simulacije počinju s plinom bez težih elemenata, kakav je postojao prije nego što su ga zvijezde počele kemijski mijenjati. U astronomiji se težim elementima smatraju elementi teži od vodika i helija. Među njima su ugljik, kisik i željezo, bez kojih današnji planeti i živi organizmi ne bi imali isti sastav.
Model zatim prati rađanje prvih zvijezda, njihovo zračenje, eksplozije supernova i širenje novonastalih elemenata. Time se mijenjaju uvjeti u kojima nastaje iduća generacija zvijezda. Svjetlost može zagrijavati okolni plin, dok eksplozije premještaju i raspršuju materijal. Kemijski sastav dodatno utječe na ponašanje plina. Međudjelovanje tih procesa određuje uvjete u kojima nastaju nove zvijezde.
Tim prati razvoj mlade galaksije koja bi s vremenom trebala dosegnuti masu usporedivu s masom Mliječne staze. Velika prostorna razlučivost omogućuje prikaz struktura plina koje grublje simulacije ne mogu razlikovati. Istraživači navode da takve pojedinosti mogu promijeniti predviđanja koja se poslije uspoređuju s teleskopskim podacima.
Simulacija daje provjerljiva predviđanja
Prve zvijezde zasad nisu izravno opažene. Astronomi različite modele ranog svemira provjeravaju usporedbom s podacima koje mogu prikupiti danas. Ako simulacija uspješno poveže udaljene galaksije i kemijski sastav drevnih zvijezda, istraživači dobivaju čvršću osnovu za razlikovanje konkurentskih objašnjenja.
Potraga za prvim zvijezdama i galaksijama obuhvaća i udaljeni svemir i naše galaktičko susjedstvo. Obližnje drevne zvijezde sačuvale su kemijske tragove događaja koji su se zbili davno prije njihova nastanka.
Projekt MEGATRON započeo je 2023., a predviđen je do 2030. Istraživači pripremaju još detaljnije simulacije koje će uspoređivati s novim Webbovim podacima i pregledima drevnih zvijezda. Tako će moći provjeriti ne samo gdje su prve zvijezde nastale nego i kako je materijal koji su proizvele završio u kasnijim generacijama zvijezda i galaksija.
