Calea Lactee, galaxia spiralată pe care o cunoaștem astăzi, a avut o istorie complexă, formată din multiple procese de fuziune și evoluție. O simulare de amploare, numită MEGATRON, reconstruiește acest trecut, pornind de la primele momente ale formării universului, folosind date obținute din observații cu telescopul spațial James Webb și necesită aproximativ trei ani de calcule pe supercomputere performante.
Cum arăta Calea Lactee în urmă cu peste 13 miliarde de ani
Simulările indică faptul că, în primii ani ai existenței sale, regiunea care avea să devină Calea Lactee era dominată de sisteme mici, unele pline de gaz, altele cu activitate intensă de formare a stelelor, iar unele deja înghițite de găuri negre. În stadiul său inițial, galaxia nu avea forma spiralată caracteristică, ci mai degrabă o rețea haotică de structuri mici situate în ceea ce astronomii numesc „pânza cosmică”. Acestea s-au unit în timp, contopindu-se pentru a forma galaxiile mai mari, inclusiv pe cea pe care o știm ca fiind Calea Lactee. Această ipoteză se bazează și pe urmele galaxiilor mai mici pe care Calea Lactee le-a absorbit în trecut, ceea ce susține ideea unei istorii dominată de fuziuni.
Procesul de simulare și complexitatea modelului
Pentru a recreate acest proces, echipa de cercetare condusă de Harley Katz a dezvoltat un model complex, care urmărește gravitația, mișcarea gazului, radiația, reacțiile chimice și formarea stelelor, inclusiv modul în care moartea acestora influențează mediul înconjurător. Simularea include și producția și dispersia elementelor chimice din exploziile stelare, fiind un proces extrem de detaliat. Peste 175.000 de spectre de galaxii simulate au fost generate pentru a putea compara modelele cu datele reale obținute de telescoapele Hubble și James Webb, în vederea validării rezultatelor. Datele de la Webb sunt cruciale deoarece permite observarea unor galaxii formate la câteva sute de milioane de ani după Big Bang.
Rezultatele simulării indică o mare varietate de structuri în Universul timpuriu. Unele galaxii erau într-o perioadă explozivă de formare a stelelor, altele au încetat temporar sau definitiv acest proces. Alte sisteme se presupune că nu au produs niciodată stele, ci doar gaz sau materie întunecată. Există chiar structuri formate numai din gaz, fără stele, ce ar fi fost rezultate din sisteme unde stelele inițiale s-au prăbușit sau au explodat, lăsând în urmă doar găuri negre.
Simularea susține că aceste tipuri de galaxii fără stele sau cu doar materie întunecată sunt corelate cu observații recente ale telescopului James Webb, care a identificat obiecte misterioase din Universul timpuriu, ce părăsesc predicțiile modelelor anterioare. În plus, simularea subliniază că formarea galaxiilor în acea perioadă a fost o activitate extrem de diversificată, cu obiecte care se formau, interacționau și evoluau într-un ecosistem cosmic foarte dinamic.
Explorarea „problemei fierului” din galaxiile mici
Un alt aspect explicat de simulare privește așa-numita „problemă a fierului” în galaxiile mici. Acestea conțin mai puțin fier decât predicțiile modelelor anterioare, ceea ce reprezintă o incompatibilitate. MEGATRON sugerează că primele stele din univers, denumite stele de Populație III, ar fi fost formate aproape exclusiv din hidrogen și heliu, dar ar fi putut produce mai mult fier la sfârșitul vieții lor decât s-a crezut anterior.
Aceste stele, nedetectate direct, ar fi fost capabile să contribuie la creșterea nivelului de elemente grele în galaxii, dar prezența gazului și forța gravitației reduse în galaxii mici ar fi permis și ca exploziile de supernove să arunce o parte din aceste elemente în afara sistemului. Astfel, această dispersie ar explica nivelul mai scăzut de fier în galaxiile de mică masă.
Rezultate și perspective
Simularea MEGATRON reprezintă cel mai detaliat model realizat până acum pentru evoluția timpurie a galaxiilor precum Calea Lactee. Conține un număr mare de variații și procese fizice integrate, fiind un instrument valoros pentru înțelegerea formării structurilor cosmice la începuturile universului. Cercetătorii folosesc aceste modele pentru a explica observații complexe și pentru a contura o imagine mai clară a istoriei universului timpuriu.
