Resumo:
O projeto de pesquisa MEGATRON, liderado pela Universidade de Bath, no Reino Unido, lançou um novo lote de resultados de simulação sobre o universo primitivo. A equipa de investigação incorporou a formação estelar, o movimento dos gases, a radiação estelar e a evolução dos elementos químicos no mesmo conjunto de simulações cosmológicas, tentando ligar as primeiras galáxias observadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) com os “fósseis” químicos deixados por estrelas antigas dentro e à volta da Via Láctea. A equipe disse que se a radiação estelar e os processos químicos complexos forem ignorados, o modelo pode subestimar o impacto das primeiras estrelas no gás ao redor da galáxia.
Partindo do gás primordial que quase não contém elementos pesados, a simulação rastreia a formação das primeiras estrelas, a radiação que elas emitem, a dispersão de novos elementos como supernovas e a subsequente evolução de estrelas e galáxias. As estrelas de primeira geração, frequentemente chamadas de estrelas de População III, foram formadas no universo primitivo; sua radiação mudaria o gás circundante, e suas explosões mortais lançariam no espaço ferro, oxigênio, carbono e outros elementos formados dentro das estrelas, fornecendo matéria-prima para estrelas e planetas subsequentes. A equipe simulou uma região que eventualmente se desenvolveria em uma galáxia do tamanho da Via Láctea e permitiu que o modelo rastreasse a interação do gás e da luz estelar na galáxia durante bilhões de anos.
O projeto MEGATRON divulgou um total de quatro estudos nesta rodada, um dos quais foi publicado no "Open Astrophysical Journal" e se concentrou no estudo de como a primeira geração de estrelas molda a abundância de ferro das menores galáxias anãs. Simulações de fluido de radiação de alta resolução mostram que em galáxias anãs com massas estelares não superiores a cerca de 100.000 vezes a massa solar, uma estrutura de "plataforma" com uma abundância média de ferro de cerca de três milésimos da abundância de ferro solar pode ser formada, ou seja, a notação astronômica [Fe/H] é de cerca de -2,5. O modelo liga esta característica às supernovas de instabilidade de pares (PISN) de estrelas de População III: os elementos gerados e eliminados após a explosão da estrela primordial são retidos pelo gás da galáxia anã circundante e tornam-se componentes das estrelas subsequentes.
A simulação também aponta que a forte radiação de fundo Lyman-Werner produzida pela galáxia primitiva afetará o ambiente em que ocorrem supernovas instáveis, fazendo com que apareçam em um halo de matéria escura com massa de cerca de 10 milhões de vezes a do Sol; neste poço de potencial gravitacional mais profundo, elementos como o ferro expelido pela explosão têm maior probabilidade de serem retidos. A investigação prevê que cerca de um quinto das galáxias anãs podem cair na categoria extremamente pobre em ferro, com uma [Fe/H] média não superior a -3. O artigo afirma que, independentemente das suposições do modelo que alteram significativamente o processo de feedback das estrelas da População II, o planalto de abundância de ferro e a cauda de baixo teor de ferro ainda existem; em simulações, essas características também podem ser retidas em galáxias anãs satélites que orbitam grandes galáxias hoje. Estas são previsões de simulação que ainda precisam ser comparadas com as observações do JWST e medições químicas de estrelas antigas na Via Láctea.
O projeto é realizado pela Universidade de Bath em cooperação com a Universidade de Chicago nos Estados Unidos, o Instituto de Astrofísica de Paris, França e outras instituições. Ele terá início em 2023 e está planejado para continuar até 2030. A equipe obteve 40 milhões de horas de processador de recursos computacionais de acompanhamento do Supercomputador Nacional do Reino Unido para executar simulações de próxima geração com maior resolução e mais processos físicos; este recurso de computação é para planos de pesquisa futuros e não são as horas de computação utilizadas para esta rodada de simulações concluídas. Os investigadores esperam utilizar dados de acompanhamento para testar mais diretamente diferentes modelos de formação da primeira geração de estrelas e para esclarecer como iluminaram o Universo primitivo, alteraram o ambiente químico e, finalmente, deixaram vestígios de elementos que ainda podem ser observados hoje.
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