الملخص:
أصدر مشروع MEGATRON البحثي، بقيادة جامعة باث في المملكة المتحدة، مجموعة جديدة من نتائج المحاكاة حول الكون المبكر. قام فريق البحث بدمج تكوين النجوم وحركة الغاز وإشعاع ضوء النجوم وتطور العناصر الكيميائية في نفس مجموعة المحاكاة الكونية، في محاولة لربط المجرات المبكرة التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) مع "الحفريات" الكيميائية التي خلفتها النجوم القديمة داخل وحول درب التبانة. وقال الفريق إنه إذا تم تجاهل إشعاع ضوء النجوم والعمليات الكيميائية المعقدة، فقد يقلل النموذج من تأثير النجوم المبكرة على الغاز الموجود حول المجرة.
بدءًا من الغاز البدائي الذي لا يحتوي تقريبًا على أي عناصر ثقيلة، تتبع المحاكاة تكوين النجوم الأولى، والإشعاع الذي تنبعث منه، وتشتت العناصر الجديدة مثل المستعرات الأعظم، والتطور اللاحق للنجوم والمجرات. تشكلت نجوم الجيل الأول، والتي تسمى غالبًا نجوم المجموعة الثالثة، في بداية الكون؛ سيغير إشعاعها الغاز المحيط بها، وستؤدي انفجاراتها المميتة إلى إطلاق الحديد والأكسجين والكربون وعناصر أخرى تتشكل داخل النجوم إلى الفضاء، مما يوفر المواد الخام للنجوم والكواكب اللاحقة. قام الفريق بمحاكاة منطقة ستتطور في النهاية إلى مجرة بحجم درب التبانة، وسمح للنموذج بتتبع تفاعل الغاز وضوء النجوم في المجرة لمليارات السنين.
أصدر مشروع MEGATRON ما مجموعه أربع دراسات في هذه الجولة، نُشرت إحداها في "مجلة الفيزياء الفلكية المفتوحة" وركزت على دراسة كيفية تشكيل الجيل الأول من النجوم لوفرة الحديد في أصغر المجرات القزمة. تظهر عمليات محاكاة السوائل الإشعاعية عالية الدقة أنه في المجرات القزمة التي لا تزيد كتلتها النجمية عن حوالي 100.000 مرة كتلة الشمس، يمكن تشكيل هيكل "منصة" بمتوسط وفرة من الحديد يبلغ حوالي ثلاثة آلاف من وفرة الحديد الشمسي، أي أن الترميز الفلكي [Fe/H] يبلغ حوالي -2.5. يربط النموذج هذه الميزة بالمستعرات الأعظمية المزدوجة عدم الاستقرار (PISN) لنجوم المجموعة الثالثة: العناصر التي تم توليدها وطرحها بعد انفجار النجم البدائي يتم الاحتفاظ بها بواسطة غاز المجرة القزمة المحيطة وتصبح مكونات للنجوم اللاحقة.
وتشير المحاكاة أيضًا إلى أن الخلفية الإشعاعية القوية ليمان-فيرنر التي تنتجها المجرة البدائية ستؤثر على البيئة التي تحدث فيها المستعرات الأعظمية غير المستقرة، مما يجعلها تظهر في هالة من المادة المظلمة كتلتها حوالي 10 ملايين ضعف كتلة الشمس؛ وفي هذا البئر المحتمل الجاذبية الأعمق، من المرجح أن يتم الاحتفاظ بعناصر مثل الحديد الناتج عن الانفجار. تتنبأ الأبحاث بأن حوالي خمس المجرات القزمة قد تقع ضمن فئة فقيرة للغاية بالحديد، بمتوسط [Fe/H] لا يزيد عن -3. تشير الورقة إلى أنه بغض النظر عن افتراضات النموذج التي تغير بشكل كبير عملية التغذية المرتدة لنجوم المجموعة الثانية، فإن هضبة وفرة الحديد والذيل المنخفض الحديد لا يزالان موجودين؛ وفي عمليات المحاكاة، يمكن أيضًا الاحتفاظ بهذه الميزات في المجرات القزمة التابعة التي تدور حول المجرات الكبيرة اليوم. هذه تنبؤات محاكاة لا تزال بحاجة إلى مزيد من المقارنة مع ملاحظات JWST والقياسات الكيميائية للنجوم القديمة في درب التبانة.
وتنفذ المشروع جامعة باث بالتعاون مع جامعة شيكاغو في الولايات المتحدة ومعهد الفيزياء الفلكية في باريس بفرنسا ومؤسسات أخرى. سيبدأ في عام 2023 ومن المخطط أن يستمر حتى عام 2030. حصل الفريق على 40 مليون ساعة معالج من موارد الحوسبة للمتابعة من الكمبيوتر العملاق الوطني في المملكة المتحدة لتشغيل عمليات محاكاة الجيل التالي بدقة أعلى والمزيد من العمليات الفيزيائية؛ مورد الحوسبة هذا مخصص لخطط البحث المستقبلية وليس ساعات الحوسبة المستخدمة في هذه الجولة من عمليات المحاكاة المكتملة. ويأمل الباحثون في استخدام بيانات المتابعة لاختبار نماذج التكوين المختلفة للجيل الأول من النجوم بشكل مباشر، وتوضيح كيف أضاءت الكون المبكر، وغيرت البيئة الكيميائية، وتركت في النهاية آثارًا لعناصر لا يزال من الممكن ملاحظتها حتى اليوم.
التعليقات