Il progetto internazionale Megatron ha pubblicato quattro studi contemporanei sull'Open Journal of Astrophysics usando 40 milioni di ore di calcolo sui supercomputer nazionali britannici, pari a cinque milioni di laptop al lavoro per un anno. Il risultato più solido non è una ricostruzione narrativa delle prime stelle, è una previsione quantitativa sulle galassie nane che oggi orbitano intorno alla Via Lattea.
Il simulatore e le anomalie del telescopio Webb
La simulazione Megatron è un modello cosmologico di radiazione-idrodinamica guidato da Martin Rey (Università di Bath), Harley Katz (Università di Chicago) e dal gruppo dell'Istituto di Astrofisica di Parigi. Il progetto, iniziato nel 2023 e previsto fino al 2030, segue più di 80 specie chimiche primordiali, molecole e ioni metallici per ricostruire la formazione delle prime galassie fino a z ≈ 8, la fase in cui le prime stelle hanno acceso l'universo neonato.
Il contesto osservativo è noto. Il telescopio spaziale James Webb ha visto galassie primordiali più brillanti, massicce e mature di quanto i modelli precedenti prevedessero. Qui il simulatore prova a ricollegare quelle immagini a ciò che resta oggi, nelle piccole galassie nane che accompagnano la Via Lattea. Il tema si inserisce nel filone delle tre scoperte di Webb e Hubble sulla nascita delle stelle di cui abbiamo parlato in precedenza, con un approccio diverso: ricostruire la fisica, non solo le immagini.
Un pavimento di ferro a [Fe/H] ≈ -2,5 nelle galassie nane
Il paper principale della serie, firmato da Rey, Katz e dai collaboratori, mostra che le galassie nane con massa stellare M⋆ ≤ 10⁵ masse solari si accumulano su un plateau di metallicità del ferro intorno a [Fe/H] ≈ -2,5. Il motore chimico sono le supernove a instabilità di coppia (PISN), un canale di esplosione tipico delle stelle di Popolazione III, le prime stelle della storia dell'universo, con masse molto superiori a quelle del Sole.
La simulazione Megatron aggiunge un ingrediente che i codici più semplici trascuravano. La radiazione Lyman-Werner emessa dalla protogalassia alza la soglia di formazione delle Pop III finché le esplosioni PISN avvengono in aloni di materia oscura abbastanza massicci (≈ 10⁷ masse solari) da trattenere i detriti chimici. Quel ferro resta nel sistema e firma il plateau osservato oggi. Senza quel contesto radiativo le PISN avverrebbero in aloni troppo piccoli e il ferro verrebbe espulso nel gas intergalattico.
Il risultato più immediatamente verificabile è una previsione quantitativa: circa il 20% delle galassie nane attorno alla Via Lattea deve essere iron-deficient, con [Fe/H] ≤ -3. Non è una stima qualitativa, è un numero da misurare. Gli autori mostrano anche che la previsione resiste a variazioni significative dei parametri di feedback della Popolazione II e sopravvive nei satelliti ancora legati gravitazionalmente alla galassia centrale a z = 0.
Una previsione per l'archeologia stellare della Via Lattea
Il valore della previsione sta nella sua falsificabilità. Le surveys spettroscopiche dei prossimi anni, 4MOST e WEAVE in testa, misureranno le composizioni chimiche di migliaia di stelle nelle nane satelliti del Gruppo Locale, da Sculptor a Ursa Minor fino a Draco. Se il 20% delle nane più piccole mostrerà davvero [Fe/H] ≤ -3, l'ipotesi dei PISN come forgia primaria del ferro primordiale avrà un tassello solido in più, con un ponte diretto fra le osservazioni di Webb a z ≈ 8 e il fossile chimico conservato nelle stelle della Via Lattea.
Per università e dottorandi che lavorano su cosmic dawn, archeologia stellare o nucleosintesi primordiale, l'altra buona notizia è l'infrastruttura. I quattro paper sono pubblicati in open access sull'Open Journal of Astrophysics e il preprint principale è su arXiv: dati, codici e previsioni sono accessibili e replicabili senza paywall.
Il prossimo passo spetta ai telescopi terrestri. Trovare o escludere quella coda di nane povere di ferro misurerà quanto Megatron abbia davvero chiuso il rebus delle prime stelle.