Группа учёных под руководством Харли Каца из Чикагского университета завершила проект Megatron — самую детальную на сегодня компьютерную симуляцию того, как выглядел Млечный Путь в первые миллиарды лет существования. Расчёты заняли три года на мощных суперкомпьютерах, после чего появились шесть статей в The Open Journal of Astrophysics. По сути, если бы телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» могли увидеть прошлое галактики напрямую, они увидели бы то, что моделирует Megatron.

В ранней Вселенной окрестности будущего Млечного Пути представляли собой сеть галактик разного размера: одни активно формировали звезды, другие были мертвы или умирали, а третьи — светились без видимого звёздного источника. По симуляции, такие «беззвёздные» галактики формировались по-разному: у одних звезды взрывались или исчезали в чёрных дырах, у других светился лишь нагретый газ.

Модель позволила объяснить известное правило о металле: в Млечном Пути чем слабее и тусклее звёздная активность, тем ниже содержание железа. Однако в самых крошечных системах эта зависимость не держится — железо достигает плато и перестаёт расти вместе с массой. Megatron указывает на причину: взрывы первых звёзд населения III, состоявших из водорода и гелия, которые появились сразу после Большого взрыва.

Визуальные обозначения в симуляции показывают различия окружения: фиолетовый цвет — горячий газ, белый — ультрафиолетовое излучение звёзд, жёлтый — раскалённые атомы кислорода. Эти схемы помогают исследовать газовую среду вокруг галактик и окологалактическую среду.

Ключевое отличие Megatron от предыдущих моделей — учёт неравновесной физики. Обычно считают химическое равновесие ради упрощения расчётов, но реальные галактики эволюционируют с нарушениями этого допущения. По словам Каца, игнорирование неравновесности ведёт к искажениям, особенно в моделировании газовых потоков вокруг галактик. Применение неравновесной химии усложняет вычисления, но повышает правдоподобность картины.

Важный компонент — моделирование обогащения металлами звёзд после Большого взрыва в связке с гравитацией, химией и излучением. По расчётам Megatron, взрывы населения III продуцируют больше железа, чем обычные сверхновые, и если галактика массивна, железо задерживается гравитацией; если же она мала — железо уходит в межгалактическое пространство, формируя наблюдаемое плато.

Хотя некоторые результаты расходятся с реальными наблюдениями, учёные считают такие расхождения полезной подсказкой: они показывают, какие физические механизмы ещё не учтены и где ждать новых исследований.