Calea Lactee, văzută în timp ce se „naște”. Simularea spectaculoasă care ne duce aproape de zorii Universului VIDEO

Cum arăta Calea Lactee înainte să devină galaxia spiralată pe care o cunoaștem astăzi? Astronomii nu pot călători în timp pentru a vedea direct începuturile galaxiei noastre, însă o nouă simulare încearcă să facă următorul lucru posibil. Proiectul MEGATRON reconstruiește evoluția regiunii care avea să devină Calea Lactee, pornind de la zorii cosmici, iar rezultatele oferă imagini spectaculoase cu gaz, stele și galaxii minuscule care se contopesc treptat. Cercetarea a fost prezentată de IFLScience și se bazează pe șase lucrări științifice dedicate formării și evoluției timpurii a galaxiilor.

Simulările au necesitat aproximativ trei ani de calcule pe supercomputere performante și reprezintă, potrivit University of Chicago, cel mai detaliat model realizat până acum pentru evoluția timpurie a unei galaxii asemănătoare Căii Lactee. Datele obținute în primii ani de observații cu telescopul spațial James Webb au jucat un rol important în construirea și testarea modelului.

Calea Lactee nu a început ca o singură galaxie

Dacă am putea întoarce timpul cu peste 13 miliarde de ani, nu am vedea discul spiral familiar al Căii Lactee. În locul său s-ar afla o regiune haotică, populată de mii de sisteme mai mici. Unele produceau stele într-un ritm intens, altele conțineau în principal gaz, iar unele își pierduseră deja stelele sau ajunseseră să găzduiască doar găuri negre.

Aceste structuri se aflau în ceea ce astronomii numesc „pânza cosmică”, o rețea uriașă de materie în care galaxiile se formează și se adună în zonele mai dense. În timp, micile galaxii din regiunea simulată s-au întâlnit, s-au contopit și au contribuit la construirea unei galaxii cu masa aproximativă a Căii Lactee. Ideea unei istorii dominate de fuziuni este susținută și de observații moderne: astronomii au identificat urmele unor galaxii mai mici pe care Calea Lactee le-a absorbit în trecut.

Vezi și:

Întrebarea la care să nu răspunzi în grabă când ești oprit de Poliție în trafic. Ce recomandă un avocat șoferilor

Simularea nu trebuie însă interpretată ca o filmare exactă a trecutului galaxiei noastre. Cercetătorii reconstruiesc un sistem care respectă proprietățile și mediul unei galaxii precum Calea Lactee și verifică dacă legile fizicii introduse în model duc la structuri compatibile cu ceea ce astronomii observă astăzi.

Trei ani de calcule pentru a reconstrui zorii cosmici

Echipa condusă de Harley Katz, profesor asistent de astronomie și astrofizică la University of Chicago, a introdus în simulare mai multe procese fizice care acționează simultan. Modelul urmărește gravitația, mișcarea gazului, radiația, reacțiile chimice, formarea stelelor și modul în care moartea acestora modifică mediul din jur.

În plus, MEGATRON urmărește modul în care elementele chimice sunt produse de stele și răspândite ulterior prin exploziile lor. Este un nivel de complexitate dificil de atins deoarece procesele se influențează reciproc, iar fiecare nivel suplimentar de detaliu crește enorm volumul calculelor necesare.

Vezi și:

Trei medalii de aur pentru România la olimpiada de astronomie. Din ce școli provin elevii premiați

Astronomii au găsit cea mai rece planetă de lavă cu atmosferă. Ar putea semăna cu Pământul de la începuturile sale

Cercetătorii urmăresc mii de subsisteme individuale și pot calcula inclusiv cum ar fi arătat acestea dacă ar fi fost observate de telescoape precum Hubble sau James Webb. Proiectul a generat peste 175.000 de spectre simulate de galaxii, tocmai pentru ca modelele să poată fi comparate direct cu obiectele foarte îndepărtate observate în Universul real. arXiv

Datele oferite de Webb sunt esențiale deoarece telescopul poate privi către perioade aflate la numai câteva sute de milioane de ani după Big Bang. Alte observații realizate cu acesta au surprins deja unele dintre primele galaxii în proces de formare, oferind cercetătorilor repere cu care pot compara Universul virtual creat în computer.

Galaxii fără stele și sisteme care au rămas doar cu o gaură neagră

Unul dintre cele mai interesante rezultate ale simulării este diversitatea enormă a obiectelor din Universul timpuriu. Unele galaxii trec prin perioade explozive de formare a stelelor, altele încetează temporar sau definitiv să mai producă stele, iar anumite sisteme pot ajunge în situații care par bizare după standardele actuale.

Modelul prezice inclusiv existența unor structuri formate din gaz și materie întunecată, dar fără stele. Unele ar fi putut produce stele la început, pentru ca acestea să explodeze sau să se prăbușească ulterior în găuri negre. Alte sisteme ar fi putut să nu formeze niciodată stele.

Este un rezultat relevant inclusiv pentru observațiile actuale. James Webb continuă să găsească obiecte din Universul timpuriu care pun probleme modelelor clasice, iar simulările pe supercomputer sunt folosite tot mai frecvent pentru a testa explicații. Recent, un alt model numeric a încercat să explice misterioasele „Little Red Dots” observate de James Webb.

MEGATRON arată astfel că materialul din care s-a format viitoarea Cale Lactee nu provenea dintr-o colecție uniformă de galaxii tinere. Regiunea era mai degrabă un ecosistem cosmic extrem de variat, în care obiectele se formau, interacționau, mureau și se contopeau.

Simularea oferă o posibilă explicație pentru „problema fierului”

Proiectul ar putea clarifica și o problemă legată de cantitatea de fier din galaxiile foarte mici. În general, galaxiile mai masive tind să conțină mai multe elemente grele, deoarece au trecut prin mai multe generații de stele. În cele mai mici galaxii însă, relația dintre masă și cantitatea de fier observată nu se potrivește perfect cu predicțiile modelelor mai vechi.

MEGATRON sugerează că răspunsul s-ar putea afla în primele stele din Univers, așa-numitele stele de Populație III. Acestea nu au fost încă observate direct, dar modelele indică faptul că erau formate aproape exclusiv din hidrogen și heliu și puteau avea proprietăți foarte diferite față de stelele moderne.

Dacă aceste prime stele produceau mai mult fier atunci când explodau ca supernove decât presupuneau modelele anterioare, ele ar putea explica o parte din observații. În galaxiile foarte mici apare însă un efect suplimentar: gravitația lor este slabă, astfel încât explozia unei stele poate arunca o parte din elementele grele în afara sistemului.

Asta înseamnă că evoluția chimică a unei galaxii nu depinde doar de cât fier produc stelele sale, ci și de capacitatea galaxiei de a păstra acel material.

MEGATRON nu are încă toate răspunsurile

Cercetătorii subliniază că simularea nu reproduce perfect fiecare observație din Univers. Tocmai diferențele sunt însă valoroase, deoarece indică locurile în care modelele fizice ar putea fi incomplete.

Harley Katz spune că rezultatele demonstrează cât de puternic pot influența procesele produse imediat după Big Bang structurile pe care astronomii le observă astăzi. În același timp, fenomenele pe care simularea nu reușește încă să le reproducă pot indica existența unor mecanisme care nu sunt suficient de bine înțelese.

Proiectul MEGATRON este descris într-o serie de șase studii care analizează diferite etape și procese ale formării galaxiilor. Pentru astronomi, simularea funcționează aproape ca o mașină virtuală a timpului: nu arată cu certitudine fiecare moment din copilăria Căii Lactee, dar permite testarea modului în care o regiune haotică, plină de galaxii minuscule, gaz și primele generații de stele ar fi putut deveni galaxia în care se află astăzi Sistemul Solar.

„Tales from the Loop” REVIEW: Unul dintre cele mai frumoase seriale SF pe care le-am văzut. O poveste despre oameni, singurătate și timp, ascunsă sub aparența science-fiction