Международная группа астрономов завершила этапы создания одной из наиболее детальных компьютерных моделей ранней эволюции галактики, похожей на Млечный Путь, выполненной в рамках проекта MEGATRON. Исследование охватывает первый два миллиарда лет после Большого взрыва и начинается примерно через 180 миллионов лет после него, когда ещё не существовало привычного Млечного Пути. В ходе моделирования прослежены взаимодействия тысяч подсистем: из массы мелких структур формируется крупная галактика в процессе столкновений и слияний. Изображение создано с использованием данных Gemini, источник изображения — Gemini. Эти данные позволяют сопоставлять результаты симуляции с наблюдениями дальних галактик через телескопы Hubble и James Webb, что даёт возможность прямого сравнения с реальными объектами во Вселенной.

В MEGATRON заложены физика гравитации и гидродинамики, распространение излучения, химические реакции, формирование и эволюция звезд, а также образование разнообразных химических элементов. Большое внимание уделено неравновесным процессам: в ранней Вселенной условия постоянно менялись, из-за чего химические реакции часто не достигали состояния равновесия. Это особенно заметно проявилось в расчёт потоков газа вокруг молодых галактик, где динамика и химия взаимодействуют на время эволюционной эпохи.

Одним из неожиданных итогов стала появление в симуляции галактик, почти лишённых звёзд, но всё же способных излучать свет. Такие образования могли терять звезды после мощных взрывов и формирования чёрных дыр, а часть систем — состоять преимущественно из газа. Подобные структуры, по мнению учёных, потенциально помогают проверять сценарии ранней эволюции галактик и дают новые контекстные рамки для сравнения с наблюдаемыми объектами.

Модель предлагает объяснение загадки химического состава самых маленьких галактик: у наиболее тусклых систем зависимость содержания железа от массы неожиданно перестаёт работать. По выводам MEGATRON, одной из гипотез могут быть звезды населения III — гипотетическое первое поколение звёзд, сформировавшееся из почти чистого водорода и гелия вскоре после Большого взрыва. После их гибели такие звёзды могли выбрасывать значительные количества железа, часть вещества сохранялась внутри галактики, а остальное уходило в межгалактическое пространство.

Симуляция также сигнализирует, что примерно 12 миллиардов лет назад предок нашей галактики мог обладать вращающимся диском, содержать значительные запасы тяжёлых элементов и пыли, а его структуру существенно меняли столкновения с другими молодыми галактиками. При этом исследователи подчёркивают, что MEGATRON пока не воспроизводит все наблюдения идеально: расхождения между расчётами и данными телескопов могут оказаться особенно ценными, так как они указывают на физические процессы, которые современные модели формирования и эволюции галактик пока не учитывают.