摘要：
由英国巴斯大学牵头的MEGATRON研究项目发布了关于早期宇宙的新一批模拟成果。研究团队将恒星形成、气体运动、星光辐射和化学元素演化纳入同一套宇宙学模拟，试图把詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）观测到的早期星系，与银河系及其周边古老恒星留下的化学“化石”联系起来。团队表示，若忽略星光辐射和复杂的化学过程，模型可能低估早期恒星对星系周围气体的影响。
模拟从几乎不含重元素的原初气体开始，追踪第一代恒星的形成、发出的辐射、爆发为超新星后散播的新元素，以及后续恒星和星系的演化。第一代恒星通常称为第三星族星，形成于宇宙早期；它们的辐射会改变周边气体，死亡时的爆发则把铁、氧、碳等在恒星内部形成的元素抛入太空，为后续恒星和行星提供原料。研究团队模拟一片最终将发展为银河系大小星系的区域，并让模型持续追踪气体与星光在星系中数十亿年的相互作用。
MEGATRON项目本轮共发布四项研究，其中一项发表于《开放天体物理学期刊》的论文，重点研究第一代恒星如何塑造最小矮星系的铁丰度。高分辨率辐射流体模拟显示，恒星质量不超过约10万倍太阳质量的矮星系中，可能形成平均铁丰度约为太阳铁丰度千分之三的“平台”结构，即天文学记号[Fe/H]约为-2.5。模型将这一特征与第三星族星的对不稳定超新星（PISN）联系起来：原初星爆发后生成并抛出的元素，被周边矮星系的气体保留下来，成为后续恒星的组成部分。
模拟还指出，原始星系产生的强烈莱曼—沃纳辐射背景，会影响对不稳定超新星发生的环境，使其出现在质量约为太阳一千万倍的暗物质晕中；在这种较深的引力势阱内，爆发抛出的铁等元素更容易被留住。研究预测，约五分之一的矮星系可能属于铁极度贫乏的一类，平均[Fe/H]不高于-3。论文称，无论大幅改变第二星族恒星反馈过程的模型假设如何，铁丰度平台和低铁尾部都仍然存在；在模拟中，这些特征也能保留在今天围绕大型星系运行的卫星矮星系里。这些是模拟预测，仍需与JWST观测及银河系古老恒星的化学测量进一步比对。
该项目由巴斯大学与美国芝加哥大学、法国巴黎天体物理研究所等机构合作开展，始于2023年，计划持续至2030年。团队已获得英国国家超级计算机4000万处理器小时的后续计算资源，用于运行分辨率更高、包含更多物理过程的下一代模拟；这笔计算资源是未来研究计划，并非本轮已完成模拟所使用的计算时数。研究人员希望借助后续数据，更直接检验第一代恒星的不同形成模型，并厘清它们如何点亮早期宇宙、改变化学环境，最终留下今天仍可观测的元素痕迹。
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