Resumen:
El proyecto de investigación MEGATRON, liderado por la Universidad de Bath en el Reino Unido, ha publicado un nuevo lote de resultados de simulación sobre el universo temprano. El equipo de investigación incorporó la formación de estrellas, el movimiento de gases, la radiación de la luz de las estrellas y la evolución de elementos químicos en el mismo conjunto de simulaciones cosmológicas, tratando de conectar las galaxias tempranas observadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) con los "fósiles" químicos dejados por estrellas antiguas en y alrededor de la Vía Láctea. El equipo dijo que si se ignoran la radiación de la luz de las estrellas y los procesos químicos complejos, el modelo puede subestimar el impacto de las primeras estrellas en el gas que rodea la galaxia.
A partir de gas primordial que casi no contiene elementos pesados, la simulación sigue la formación de las primeras estrellas, la radiación que emiten, la dispersión de nuevos elementos en forma de supernovas y la posterior evolución de estrellas y galaxias. Las estrellas de primera generación, a menudo llamadas estrellas de Población III, se formaron en el universo primitivo; su radiación cambiaría el gas circundante, y sus explosiones mortales arrojarían al espacio hierro, oxígeno, carbono y otros elementos formados dentro de las estrellas, proporcionando materia prima para estrellas y planetas posteriores. El equipo simuló una región que eventualmente se convertiría en una galaxia del tamaño de la Vía Láctea y permitió que el modelo rastreara la interacción del gas y la luz de las estrellas en la galaxia durante miles de millones de años.
El proyecto MEGATRON publicó un total de cuatro estudios en esta ronda, uno de los cuales fue publicado en el "Open Astrophysical Journal" y se centró en estudiar cómo la primera generación de estrellas da forma a la abundancia de hierro de las galaxias enanas más pequeñas. Las simulaciones de fluidos de radiación de alta resolución muestran que en galaxias enanas con masas estelares no superiores a unas 100.000 veces la masa solar, se puede formar una estructura de "plataforma" con una abundancia media de hierro de unas tres milésimas de la abundancia de hierro solar, es decir, la notación astronómica [Fe/H] es aproximadamente -2,5. El modelo vincula esta característica con las supernovas de inestabilidad de pares (PISN) de estrellas de Población III: los elementos generados y expulsados después de la explosión de la estrella primordial son retenidos por el gas de la galaxia enana circundante y se convierten en componentes de estrellas posteriores.
La simulación también señala que el fuerte fondo de radiación Lyman-Werner producido por la galaxia primitiva afectará el entorno en el que se producen las supernovas inestables, provocando que aparezcan en un halo de materia oscura con una masa de aproximadamente 10 millones de veces la del Sol; En este pozo de potencial gravitacional más profundo, es más probable que se retengan elementos como el hierro arrojado por la explosión. Las investigaciones predicen que alrededor de una quinta parte de las galaxias enanas pueden caer en la categoría extremadamente pobre en hierro, con una [Fe/H] promedio no superior a -3. El artículo afirma que, independientemente de los supuestos del modelo que cambian significativamente el proceso de retroalimentación de las estrellas de Población II, la meseta de abundancia de hierro y la cola baja en hierro todavía existen; En las simulaciones, estas características también se pueden conservar en las galaxias enanas satélite que hoy orbitan alrededor de galaxias grandes. Se trata de predicciones de simulación que aún deben compararse con las observaciones del JWST y las mediciones químicas de estrellas antiguas de la Vía Láctea.
El proyecto lo lleva a cabo la Universidad de Bath en cooperación con la Universidad de Chicago en Estados Unidos, el Instituto de Astrofísica de París, Francia y otras instituciones. Comenzará en 2023 y está previsto que continúe hasta 2030. El equipo ha obtenido 40 millones de horas de procesador de recursos informáticos de seguimiento del Superordenador Nacional del Reino Unido para ejecutar simulaciones de próxima generación con mayor resolución y más procesos físicos; Este recurso informático es para futuros planes de investigación y no son las horas informáticas utilizadas para esta ronda de simulaciones completadas. Los investigadores esperan utilizar datos de seguimiento para probar más directamente diferentes modelos de formación de la primera generación de estrellas y aclarar cómo iluminaron el universo primitivo, cambiaron el entorno químico y, en última instancia, dejaron rastros de elementos que todavía se pueden observar hoy.
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