Investigadores del MIT han descubierto las estrellas más antiguas del universo.

Los astrónomos han descubierto tres estrellas antiguas que orbitan alrededor del planeta Tierra. vía LácteaUn halo se formó hace 12-13 mil millones de años.

Instituto de Tecnología de Massachusetts Los investigadores han descubierto tres de las estrellas más antiguas del universo y resulta que viven en nuestro vecindario galáctico.

El equipo, que incluye a varios estudiantes universitarios, descubrió estrellas en el «halo» de la Vía Láctea, la nube de estrellas que cubre 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 se formaron las primeras galaxias.

Los investigadores llamaron a las pequeñas estrellas en acreción del sistema «SASS», ya que creen que cada estrella perteneció alguna vez a su propia galaxia pequeña y primordial que fue absorbida por la Vía Láctea, más grande y aún en crecimiento. Hoy, las tres estrellas son todo lo que queda de sus galaxias. Orbitan las afueras de la Vía Láctea, donde el equipo sospecha que puede haber más supervivientes de estrellas antiguas.

Una nueva forma de estudiar estrellas antiguas

«Estas estrellas más antiguas definitivamente existen, dado lo que sabemos sobre la formación de galaxias», dice Anna Frebel, profesora de física en el MIT. «Son parte de nuestro árbol genealógico cósmico. Ahora tenemos una nueva forma de encontrarlos».

A medida que descubren estrellas SASS similares, los investigadores esperan utilizarlas como contrapartes de galaxias enanas ultra débiles, que se cree que son algunas de las primeras galaxias supervivientes en el universo. Estas galaxias permanecen intactas hasta el día de hoy, pero están demasiado distantes y débiles para que los astrónomos puedan estudiarlas en profundidad. Dado que las estrellas SASS pueden haber pertenecido alguna vez a galaxias enanas primordiales similares, pero están en la Vía Láctea y, por lo tanto, mucho más cerca, pueden ser una clave accesible para comprender la evolución de las galaxias enanas ultra débiles.

Los investigadores mantienen un archivo lleno de datos sobre las estrellas que han recopilado a lo largo de los años, incluido el brillo de las estrellas a lo largo del tiempo. De izquierda a derecha: Ananda Santos, Casey Feinberg y Anna Frebel. Crédito: Cortesía de investigadores.

«Ahora podemos buscar más análogos en la Vía Láctea, que son mucho más brillantes, y estudiar su evolución química sin tener que perseguir estas estrellas tan débiles», afirma Friebel.

Ella y sus colegas publicaron sus hallazgos el 14 de mayo en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS). Los coautores del estudio son Muhammad Mardini, de la Universidad Zarqa en Jordania; Hillary Andalis '23; y los actuales estudiantes universitarios del MIT Ananda Santos y Casey Feinberg.

El concepto de aula conduce a un descubrimiento importante

Los descubrimientos del equipo surgieron del concepto de aula. Durante el semestre de otoño de 2022, Fripple lanzó un nuevo curso, 8.S30 (Arqueología Estelar Observacional), en el que los estudiantes aprendieron técnicas antiguas de análisis estelar y luego aplicaron esas herramientas a estrellas que no se habían estudiado antes, para determinar sus orígenes.

«Aunque la mayoría de nuestras clases se imparten desde cero, esta clase nos coloca inmediatamente a la vanguardia de la investigación en astrofísica», dice Andalis.

Los estudiantes trabajaron con datos estelares que Friebel recopiló 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 un archivo grande en su oficina, que los estudiantes han revisado en busca de estrellas de interés.

En particular, buscaban estrellas antiguas que se formaron poco después del Paleolítico. la gran explosiónLo que ocurrió hace 13.800 millones de años. En esta época, el universo estaba compuesto mayoritariamente por hidrógeno y helio y porcentajes muy bajos de otros elementos químicos, como el estroncio y el bario. Entonces, los estudiantes buscaron en el archivo de Friebel estrellas con espectros, o mediciones de la luz estelar, que indicaran bajas abundancias de estroncio y bario.

Análisis de estrellas antiguas.

Redujeron su búsqueda a tres estrellas que fueron observadas originalmente por el telescopio de Magallanes entre 2013 y 2014. Los astrónomos nunca han seguido específicamente estas estrellas para interpretar sus espectros y deducir sus orígenes. Por lo tanto, eran candidatos ideales para los estudiantes de la clase de Friebel.

Los estudiantes aprendieron a caracterizar una estrella para prepararse para el análisis espectral de cada una de las tres estrellas. Pudieron determinar la composición química de cada uno utilizando diferentes modelos estelares. La intensidad de una característica determinada en el espectro estelar, correspondiente a una longitud de onda de luz determinada, corresponde a una abundancia determinada de un elemento determinado.

Después de completar su análisis, los estudiantes pudieron concluir con seguridad 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 Sol. De hecho, una sola estrella contiene menos de 1/10.000 de la cantidad de hierro a helio que contiene el Sol en la actualidad.

“Me tomó muchas horas mirar la computadora, mucha depuración y enviar mensajes de texto y correos electrónicos frenéticamente para resolverlo”, recuerda Santos. «Fue una gran curva de aprendizaje y una experiencia especial».

«el término»

La baja abundancia química de las estrellas indica que se formaron originalmente hace entre 12 y 13 mil millones de años. De hecho, su baja firma química era similar a lo que los astrónomos habían medido previamente en algunas galaxias enanas antiguas y ultra débiles. ¿Las estrellas del equipo se originaron en galaxias similares? ¿Cómo llegaron a la Vía Láctea?

Basándose en su intuición, los científicos examinaron los patrones orbitales de las estrellas y cómo se mueven por el cielo. Las tres estrellas están ubicadas en diferentes lugares 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 se extiende a lo largo de 100.000 años luz).

Cuando siguieron el movimiento de cada estrella alrededor del centro galáctico utilizando observaciones del satélite astronómico Gaia, el equipo notó algo extraño: para la mayoría de las estrellas en el disco principal, que se mueven como autos en una pista de carreras, las tres estrellas parecían ser el mismo. Vas por el camino equivocado. En astronomía, esto se conoce como “movimiento retrógrado” y es una indicación de que un objeto se ha estado “acumulando” o siendo extraído de algún otro lugar.

«La única manera de hacer que las estrellas vayan en la dirección equivocada respecto al resto del grupo es arrojándolas en la dirección equivocada», dice Friebel.

Perspectivas de futuro e investigación

El hecho de que estas tres estrellas orbitaran de maneras muy diferentes del resto del disco galáctico e incluso del 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 habían pertenecido a estrellas más viejas. Son galaxias enanas más pequeñas que cayeron en la Vía Láctea en ángulos aleatorios y continuaron su obstinado camino miles de millones de años después.

Frebel estaba interesado en saber si el movimiento retrógrado era una característica de otras estrellas antiguas en el halo que los astrónomos habían analizado previamente, por lo que buscó en la literatura científica y encontró otras 65 estrellas, que también contenían bajas abundancias de estroncio y bario, que también parecían ir contra la teoría. flujo galáctico.

«Es interesante que todos van muy rápidos; cientos de kilómetros por segundo, yendo en la dirección equivocada», dice Fripple. «¡Están huyendo! No sabemos por qué sucedió esto, pero era la pieza del rompecabezas que necesitábamos y que no esperaba 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, esperan que este método dé lugar a un número pequeño pero significativo de las estrellas más antiguas del universo.

Fripple planea relanzar la clase este otoño y recuerda el primer curso y a los tres estudiantes que publicaron sus resultados con admiración y gratitud.

“Fue fantástico trabajar con tres estudiantes universitarias. Esta es la primera vez para mí”, afirma. “Es realmente un ejemplo del estilo del MIT. Hacemos. Quien diga: quiero participar, puede hacerlo y sucederán cosas buenas.

Referencia: “Estrellas más antiguas con baja abundancia de elementos captadores de neutrones y sus orígenes en galaxias enanas antiguas” por Hilary Diane Andalis, Ananda Santos Figueiredo, Casey Gordon Feinberg, Muhammad K. Mardini y Anna Friebel, 14 de mayo de 2024, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/mnras/stae670

Esta investigación fue financiada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias.