Zusammenfassung:
Das MEGATRON-Forschungsprojekt unter der Leitung der University of Bath im Vereinigten Königreich hat eine neue Reihe von Simulationsergebnissen über das frühe Universum veröffentlicht. Das Forschungsteam integrierte Sternentstehung, Gasbewegung, Sternenlichtstrahlung und die Entwicklung chemischer Elemente in denselben Satz kosmologischer Simulationen und versuchte, die vom James Webb Space Telescope (JWST) beobachteten frühen Galaxien mit den chemischen „Fossilien“ zu verbinden, die alte Sterne in und um die Milchstraße hinterlassen haben. Das Team sagte, dass das Modell möglicherweise die Auswirkungen früher Sterne auf das Gas um die Galaxie unterschätzt, wenn die Strahlung des Sternenlichts und komplexe chemische Prozesse ignoriert werden.
Ausgehend von Urgas, das fast keine schweren Elemente enthält, verfolgt die Simulation die Entstehung der ersten Sterne, die von ihnen emittierte Strahlung, die Ausbreitung neuer Elemente als Supernovae und die anschließende Entwicklung von Sternen und Galaxien. Die Sterne der ersten Generation, oft auch Sterne der Population III genannt, entstanden im frühen Universum; Ihre Strahlung würde das umgebende Gas verändern und ihre Todesexplosionen würden Eisen, Sauerstoff, Kohlenstoff und andere in den Sternen gebildete Elemente in den Weltraum schleudern und so Rohstoffe für nachfolgende Sterne und Planeten liefern. Das Team simulierte eine Region, die sich schließlich zu einer Galaxie von der Größe der Milchstraße entwickeln würde, und ermöglichte es dem Modell, die Wechselwirkung von Gas und Sternenlicht in der Galaxie über Milliarden von Jahren zu verfolgen.
Das MEGATRON-Projekt veröffentlichte in dieser Runde insgesamt vier Studien, von denen eine im „Open Astrophysical Journal“ veröffentlicht wurde und sich auf die Untersuchung konzentrierte, wie die erste Generation von Sternen die Eisenhäufigkeit der kleinsten Zwerggalaxien beeinflusst. Hochauflösende Strahlungsflüssigkeitssimulationen zeigen, dass in Zwerggalaxien mit Sternmassen, die nicht mehr als etwa das 100.000-fache der Sonnenmasse betragen, eine „Plattform“-Struktur mit einer durchschnittlichen Eisenhäufigkeit von etwa dreitausendstel der solaren Eisenhäufigkeit gebildet werden kann, d. h. die astronomische Notation [Fe/H] beträgt etwa -2,5. Das Modell verknüpft dieses Merkmal mit Paarinstabilitäts-Supernovae (PISN) von Sternen der Population III: Elemente, die nach der Explosion des Ursterns erzeugt und herausgeschleudert werden, werden vom Gas der umgebenden Zwerggalaxie zurückgehalten und werden zu Bestandteilen nachfolgender Sterne.
Die Simulation weist auch darauf hin, dass der starke Lyman-Werner-Strahlungshintergrund, der von der primitiven Galaxie erzeugt wird, die Umgebung, in der instabile Supernovae auftreten, beeinflussen wird, was dazu führt, dass sie in einem Halo aus dunkler Materie mit einer Masse von etwa dem 10-Millionen-fachen der Sonnenmasse erscheinen; In diesem tieferen Gravitationspotentialtopf werden Elemente wie Eisen, die durch die Explosion herausgeschleudert werden, mit größerer Wahrscheinlichkeit zurückgehalten. Untersuchungen gehen davon aus, dass etwa ein Fünftel der Zwerggalaxien in die extrem eisenarme Kategorie fallen könnten, mit einem durchschnittlichen [Fe/H] von nicht mehr als -3. In dem Papier heißt es, dass unabhängig von den Modellannahmen, die den Rückkopplungsprozess von Sternen der Population II erheblich verändern, das Eisenhäufigkeitsplateau und der eisenarme Schweif immer noch existieren; In Simulationen können diese Merkmale auch in Satelliten-Zwerggalaxien erhalten bleiben, die heute große Galaxien umkreisen. Hierbei handelt es sich um Simulationsvorhersagen, die noch weiter mit JWST-Beobachtungen und chemischen Messungen alter Sterne in der Milchstraße verglichen werden müssen.
Das Projekt wird von der University of Bath in Zusammenarbeit mit der University of Chicago in den Vereinigten Staaten, dem Institut für Astrophysik in Paris, Frankreich und anderen Institutionen durchgeführt. Es beginnt im Jahr 2023 und soll bis 2030 andauern. Das Team hat 40 Millionen Prozessorstunden an Folgerechenressourcen vom britischen National Supercomputer erhalten, um Simulationen der nächsten Generation mit höherer Auflösung und mehr physikalischen Prozessen durchzuführen; Diese Rechenressource ist für zukünftige Forschungspläne bestimmt und stellt nicht die Rechenstunden dar, die für diese Runde abgeschlossener Simulationen verwendet werden. Die Forscher hoffen, Folgedaten nutzen zu können, um verschiedene Entstehungsmodelle der ersten Generation von Sternen direkter zu testen und zu klären, wie sie das frühe Universum erleuchteten, die chemische Umgebung veränderten und letztendlich Spuren von Elementen hinterließen, die noch heute beobachtet werden können.
Kommentare