El equipo detectó las estrellas en el "halo" de la Vía Láctea, la nube de estrellas que envuelve todo el disco galáctico principal. Según el análisis del equipo, las tres estrellas se formaron hace entre 12 y 13 mil millones de años, el momento en que tomaron forma las primeras galaxias.

Los investigadores han acuñado las estrellas "SASS", para referirse a las pequeñas estrellas del sistema estelar acretadas, ya que creen que cada estrella perteneció alguna vez a su propia galaxia pequeña y primitiva que luego fue absorbida por la Vía Láctea, más grande pero aún en crecimiento. Hoy en día, las tres estrellas son todo lo que queda de sus respectivas galaxias. Rodean las afueras de la Vía Láctea, donde el equipo sospecha que puede haber más supervivientes estelares antiguos de este tipo.

"Estas estrellas más antiguas definitivamente deberían estar allí, dado lo que sabemos sobre la formación de galaxias", dice Anna Frebel, profesora de física del MIT. "Son parte de nuestro árbol genealógico cósmico. Y ahora tenemos una nueva forma de encontrarlos."

A medida que descubren estrellas SASS similares, los investigadores esperan utilizarlas como análogas de galaxias enanas ultradébiles, que se cree que son algunas de las primeras galaxias supervivientes del universo. Estas galaxias todavía están intactas hoy en día, pero son demasiado distantes y débiles para que los astrónomos puedan estudiarlas en profundidad.

Como las estrellas SASS pueden haber pertenecido alguna vez a galaxias enanas primitivas similares, pero están en la Vía Láctea y, como tales, mucho más cerca, podrían ser una clave accesible para comprender la evolución de las galaxias enanas ultradébiles.

"Ahora podemos buscar más análogos en la Vía Láctea, que sean mucho más brillantes, y estudiar su evolución química sin tener que perseguir estas estrellas extremadamente débiles", afirma Frebel.

Ella y sus colegas publicaron sus hallazgos hoy (14 de mayo) en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. . Los coautores del estudio son Mohammad Mardini, de la Universidad de Zarqa, en Jordania; Hillary Ándales '23; y los actuales estudiantes universitarios del MIT Ananda Santos y Casey Fienberg.

Frontera estelar

Los descubrimientos del equipo surgieron de un concepto de aula. Durante el semestre de otoño de 2022, Frebel lanzó un nuevo curso, 8.S30 (Arqueología Estelar Observacional), en el que los estudiantes aprendieron técnicas para analizar estrellas antiguas y luego aplicaron esas herramientas a estrellas que nunca antes se habían estudiado, para determinar sus orígenes. /P>

"Si bien la mayoría de nuestras clases se imparten desde cero, esta clase nos colocó inmediatamente en la frontera de la investigación en astrofísica", dice Andales.

Los estudiantes trabajaron a partir de datos estelares recopilados por Frebel a lo largo de los años desde el telescopio Magellan-Clay de 6,5 metros en el Observatorio Las Campanas. Ella guarda copias impresas de los datos en una carpeta grande en su oficina, que los estudiantes revisan para buscar estrellas de interés.

En particular, buscaban estrellas antiguas que se formaron poco después del Big Bang, que ocurrió hace 13.800 millones de años. En ese momento, el universo estaba compuesto principalmente de hidrógeno y helio y cantidades muy bajas de otros elementos químicos, como el estroncio y el bario. Entonces, los estudiantes buscaron en la carpeta de Frebel estrellas con espectros, o mediciones de la luz estelar, que indicaran bajas abundancias de estroncio y bario.

Su búsqueda se centró en tres estrellas que fueron observadas originalmente por el telescopio de Magallanes entre 2013 y 2014. Los astrónomos nunca dieron seguimiento a estas estrellas en particular para interpretar sus espectros y deducir sus orígenes. Eran, entonces, candidatos perfectos para los estudiantes de la clase de Frebel.

Los estudiantes aprendieron a caracterizar una estrella para prepararse para el análisis de los espectros de cada una de las tres estrellas. Pudieron determinar la composición química de cada una con varios modelos estelares. La intensidad de una característica particular en el espectro estelar, correspondiente a una longitud de onda de luz específica, corresponde a una abundancia particular de un elemento específico.

Después de finalizar su análisis, los estudiantes pudieron concluir con confianza que las tres estrellas contenían cantidades muy bajas de estroncio, bario y otros elementos como el hierro, en comparación con su estrella de referencia:nuestro propio sol. De hecho, una estrella contenía menos de 1/10.000 de la cantidad de hierro a helio en comparación con el sol actual.

"Me tomó muchas horas mirar una computadora y mucha depuración, enviarnos mensajes de texto y correos electrónicos frenéticamente para resolver esto", recuerda Santos. "Fue una gran curva de aprendizaje y una experiencia especial".

'Huyendo'

La baja abundancia química de las estrellas insinuaba que se formaron originalmente hace entre 12 y 13 mil millones de años. De hecho, sus bajas firmas químicas eran similares a las que los astrónomos habían medido previamente en algunas galaxias enanas antiguas y ultradébiles. ¿Las estrellas del equipo se originaron en galaxias similares? ¿Y cómo llegaron a estar en la Vía Láctea?

Por una corazonada, los científicos comprobaron los patrones orbitales de las estrellas y cómo se mueven por el cielo. Las tres estrellas se encuentran en diferentes ubicaciones a lo largo del halo de la Vía Láctea y se estima que están a unos 30.000 años luz de la Tierra. (Como referencia, el disco de la Vía Láctea abarca 100.000 años luz de diámetro).

Mientras seguían el movimiento de cada estrella alrededor del centro galáctico utilizando observaciones del satélite astrométrico Gaia, el equipo notó una cosa curiosa:en comparación con la mayoría de las estrellas en el disco principal, que se mueven como autos en una pista de carreras, las tres estrellas parecían estar yendo por el camino equivocado. En astronomía, esto se conoce como "movimiento retrógrado" y es un indicio de que un objeto alguna vez fue "acumulado" o atraído desde otro lugar.

"La única manera de que las estrellas vayan en la dirección equivocada del resto del grupo es si las arrojas en la dirección equivocada", dice Frebel.

El hecho de que estas tres estrellas estuvieran orbitando de maneras completamente diferentes al resto del disco galáctico e incluso al halo, combinado con el hecho de que tenían una baja abundancia química, demostraba con fuerza que las estrellas eran realmente antiguas y que alguna vez pertenecieron a estrellas más antiguas. , galaxias enanas más pequeñas que cayeron en la Vía Láctea en ángulos aleatorios y continuaron sus obstinadas trayectorias miles de millones de años después.

Frebel, curioso por saber si el movimiento retrógrado era una característica de otras estrellas antiguas en el halo que los astrónomos analizaron previamente, revisó la literatura científica y encontró otras 65 estrellas, también con bajas abundancias de estroncio y bario, que parecían ir también en contra de la tendencia. flujo galáctico.

"Curiosamente, todos son bastante rápidos:cientos de kilómetros por segundo, yendo en dirección contraria", dice Frebel. "¡Están huyendo! No sabemos por qué es así, pero era la pieza del rompecabezas que necesitábamos y que no anticipé cuando empezamos".

El equipo está ansioso por buscar otras estrellas SASS antiguas, y ahora tienen una receta relativamente simple para hacerlo:primero, buscar estrellas con baja abundancia química y luego rastrear sus patrones orbitales en busca de signos de movimiento retrógrado. De los más de 400 mil millones de estrellas de la Vía Láctea, anticipan que el método mostrará un número pequeño pero significativo de las estrellas más antiguas del universo.

Frebel planea relanzar la clase este otoño y recuerda ese primer curso y a los tres estudiantes que llevaron sus resultados hasta la publicación, con admiración y gratitud.

"Ha sido increíble trabajar con tres estudiantes universitarias. Es la primera vez para mí", dice. "Es realmente un ejemplo del estilo del MIT. Lo hacemos. Y quien diga:'Quiero participar', puede hacerlo y sucederán cosas buenas".