Il team ha individuato le stelle nell'"alone" della Via Lattea, la nuvola di stelle che avvolge l'intero disco galattico principale. Secondo l'analisi del team, le tre stelle si sono formate tra 12 e 13 miliardi di anni fa, periodo in cui stavano prendendo forma le primissime galassie.

I ricercatori hanno coniato le stelle "SASS", per piccole stelle accumulate nel sistema stellare, poiché credono che ciascuna stella appartenesse una volta alla sua piccola galassia primitiva che fu successivamente assorbita dalla Via Lattea più grande ma ancora in crescita. Oggi le tre stelle sono tutto ciò che resta delle rispettive galassie. Girano intorno alla periferia della Via Lattea, dove il team sospetta che potrebbero esserci altre stelle antiche sopravvissute.

"Queste stelle più antiche dovrebbero sicuramente essere lì, dato quello che sappiamo sulla formazione delle galassie", afferma Anna Frebel, professoressa di fisica del MIT. "Fanno parte del nostro albero genealogico cosmico. E ora abbiamo un nuovo modo per trovarli."

Man mano che scoprono stelle SASS simili, i ricercatori sperano di usarle come analoghi delle galassie nane ultradeboli, che si ritiene siano alcune delle prime galassie sopravvissute dell'universo. Tali galassie sono ancora intatte oggi, ma sono troppo distanti e deboli perché gli astronomi possano studiarle in profondità.

Poiché le stelle SASS potrebbero un tempo appartenere a galassie nane altrettanto primitive, ma si trovano nella Via Lattea e come tali molto più vicine, potrebbero essere una chiave accessibile per comprendere l'evoluzione delle galassie nane ultradeboli.

"Ora possiamo cercare altri analoghi nella Via Lattea, che sono molto più luminosi, e studiare la loro evoluzione chimica senza dover inseguire queste stelle estremamente deboli", afferma Frebel.

Lei e i suoi colleghi hanno pubblicato le loro scoperte oggi (14 maggio) negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . I coautori dello studio sono Mohammad Mardini, dell'Università di Zarqa, in Giordania; Hillary Andales '23; e gli attuali studenti universitari del MIT Ananda Santos e Casey Fienberg.

Frontiera stellare

Le scoperte del team sono nate da un concetto di classe. Durante il semestre autunnale del 2022, Frebel ha lanciato un nuovo corso, 8.S30 (Observational Stellar Archaeology), in cui gli studenti hanno appreso tecniche per analizzare le stelle antiche e poi hanno applicato tali strumenti a stelle che non erano mai state studiate prima, per determinarne le origini. /P>

"Anche se nella maggior parte dei nostri corsi l'insegnamento parte da zero, questo corso ci pone immediatamente alla frontiera della ricerca in astrofisica", afferma Andales.

Gli studenti hanno lavorato sui dati stellari raccolti da Frebel nel corso degli anni dal telescopio Magellan-Clay da 6,5 ​​metri presso l'Osservatorio di Las Campanas. Conserva copie cartacee dei dati in un grande raccoglitore nel suo ufficio, che gli studenti hanno sfogliato per cercare le stelle di interesse.

In particolare, stavano cercando stelle antiche che si formarono subito dopo il Big Bang, avvenuto 13,8 miliardi di anni fa. A quel tempo, l’universo era costituito principalmente da idrogeno ed elio e da quantità molto basse di altri elementi chimici, come stronzio e bario. Quindi, gli studenti hanno cercato nel raccoglitore di Frebel stelle con spettri, o misurazioni della luce stellare, che indicavano basse abbondanze di stronzio e bario.

La loro ricerca si è ristretta a tre stelle originariamente osservate dal telescopio Magellano tra il 2013 e il 2014. Gli astronomi non hanno mai seguito queste particolari stelle per interpretarne gli spettri e dedurne le origini. Erano, quindi, candidati perfetti per gli studenti della classe di Frebel.

Gli studenti hanno imparato come caratterizzare una stella per prepararsi all'analisi degli spettri di ciascuna delle tre stelle. Sono stati in grado di determinare la composizione chimica di ciascuno con vari modelli stellari. L'intensità di una particolare caratteristica nello spettro stellare, corrispondente a una specifica lunghezza d'onda della luce, corrisponde a una particolare abbondanza di un elemento specifico.

Dopo aver finalizzato la loro analisi, gli studenti sono stati in grado di concludere con sicurezza che le tre stelle contenevano abbondanze molto basse di stronzio, bario e altri elementi come il ferro, rispetto alla loro stella di riferimento, il nostro sole. In effetti, una stella conteneva meno di 1/10.000 della quantità di ferro in elio rispetto al sole odierno.

"Ci sono volute molte ore davanti al computer, molto debugging, messaggi frenetici e email a vicenda per capirlo", ricorda Santos. "È stata una grande curva di apprendimento e un'esperienza speciale."

'In fuga'

La bassa abbondanza chimica delle stelle suggerisce che si siano formate originariamente tra 12 e 13 miliardi di anni fa. In effetti, le loro basse impronte chimiche erano simili a quelle che gli astronomi avevano misurato in precedenza per alcune antiche galassie nane ultradeboli. Le stelle del team hanno avuto origine in galassie simili? E come sono arrivati ​​alla Via Lattea?

In base a un'intuizione, gli scienziati hanno controllato i modelli orbitali delle stelle e il modo in cui si muovono nel cielo. Le tre stelle si trovano in posizioni diverse in tutto l'alone della Via Lattea e si stima che siano a circa 30.000 anni luce dalla Terra. (Per riferimento, il disco della Via Lattea si estende per 100.000 anni luce.)

Mentre ripercorrevano il movimento di ciascuna stella attorno al centro galattico utilizzando le osservazioni del satellite astrometrico Gaia, il team ha notato una cosa curiosa:rispetto alla maggior parte delle stelle nel disco principale, che si muovono come automobili su una pista, tutte e tre le stelle sembravano essere andando nella direzione sbagliata. In astronomia, questo è noto come "movimento retrogrado" ed è un indizio che un oggetto una volta si è "accresciuto" o è stato attirato da altrove.

"L'unico modo in cui le star possono andare nella direzione sbagliata rispetto al resto del gruppo è lanciarle nella direzione sbagliata", afferma Frebel.

Il fatto che queste tre stelle orbitassero in modi completamente diversi dal resto del disco galattico e persino dall'alone, combinato con il fatto che possedevano basse abbondanze chimiche, dimostrava con forza che le stelle erano davvero antiche e un tempo appartenevano a sistemi più antichi. , galassie nane più piccole che caddero nella Via Lattea ad angoli casuali e continuarono le loro ostinate traiettorie miliardi di anni dopo.

Frebel, curioso di sapere se il movimento retrogrado fosse una caratteristica di altre stelle antiche nell'alone precedentemente analizzato dagli astronomi, esaminò la letteratura scientifica e trovò altre 65 stelle, anch'esse con basse abbondanze di stronzio e bario, che sembravano andare contro la norma. flusso galattico.

"È interessante notare che sono tutti abbastanza veloci:centinaia di chilometri al secondo, andando nella direzione sbagliata", afferma Frebel. "Sono in fuga! Non sappiamo il motivo, ma era il pezzo del puzzle di cui avevamo bisogno e che non avevo previsto quando abbiamo iniziato."

Il team è ansioso di cercare altre antiche stelle SASS e ora ha una ricetta relativamente semplice per farlo:in primo luogo, cercare stelle con basse abbondanze chimiche, quindi monitorare i loro schemi orbitali per individuare segni di movimento retrogrado. Si prevede che degli oltre 400 miliardi di stelle presenti nella Via Lattea il metodo rivelerà un numero piccolo ma significativo delle stelle più antiche dell'universo.

Frebel prevede di rilanciare il corso questo autunno e ripensa a quel primo corso e ai tre studenti che hanno portato i loro risultati alla pubblicazione, con ammirazione e gratitudine.

"È stato fantastico lavorare con tre studentesse universitarie. Per me è la prima volta", afferma. "È davvero un esempio del metodo del MIT. Lo facciamo. E chiunque dica:'Voglio partecipare', può farlo e succedono cose buone."