_ Trei stele înconjurând Haloul Căii Lactee s-a format cu 12 până la 13 miliarde de ani în urmă

Cercetătorii MIT, inclusiv câțiva studenți de licență, au descoperit trei dintre cele mai vechi stele din univers și se întâmplă să trăiască în propriul nostru cartier galactic.

Echipa a observat stelele în „aureola” din Calea Lactee – norul de stele care învăluie întregul disc galactic principal. Pe baza analizei echipei, cele trei stele s-au format acum între 12 și 13 miliarde de ani, momentul în care primele galaxii luau formă.

Cercetătorii au inventat stelele „SASS”, pentru stelele mici acumulate. stele ale sistemului, deoarece ei cred că fiecare stea a aparținut cândva propriei sale galaxii mici și primitive, care a fost absorbită mai târziu de Calea Lactee, mai mare, dar în continuă creștere. Astăzi, cele trei stele sunt tot ce a mai rămas din galaxiile lor respective. Ei înconjoară periferia Căii Lactee, unde echipa suspectează că ar putea exista mai mulți astfel de supraviețuitori stelari antici.

„Aceste stele cele mai vechi ar trebui să fie acolo, având în vedere ceea ce știm despre formarea galaxiilor”, spune profesorul MIT. de fizică Anna Frebel. „Ele fac parte din arborele nostru genealogic cosmic. Și acum avem o nouă modalitate de a le găsi.”

Pe măsură ce descoperă stele SASS similare, cercetătorii speră să le folosească ca analogi ale galaxiilor pitice ultraslăbite, care se crede că sunt unele dintre primele galaxii supraviețuitoare ale universului. Astfel de galaxii sunt încă intacte astăzi, dar sunt prea îndepărtate și slabe pentru ca astronomii să le poată studia în profunzime.

Deoarece stelele SASS au aparținut cândva unor galaxii pitice la fel de primitive, dar sunt în Calea Lactee și, prin urmare, mult mai aproape, ele ar putea fi o cheie accesibilă pentru înțelegerea evoluției galaxiilor pitice ultraslăbite.

„Acum, putem căuta mai mulți analogi în Calea Lactee, care sunt mult mai strălucitori, și să studiem evoluția lor chimică fără a fi nevoie să urmărim. aceste stele extrem de slabe”, spune Frebel.

Ea și colegii ei și-au publicat descoperirile astăzi (14 mai) în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Co-autorii studiului sunt Mohammad Mardini, de la Universitatea Zarqa, din Iordania; Hillary Andales '23; și actualii studenți ai MIT Ananda Santos și Casey Fienberg.

Descoperirile echipei au luat naștere dintr-un concept de clasă. Pe parcursul semestrului de toamnă 2022, Frebel a lansat un nou curs, 8.S30 (Observational Stellar Archaeology), în care studenții au învățat tehnici de analiză a stelelor antice și apoi au aplicat acele instrumente stelelor care nu fuseseră niciodată studiate înainte, pentru a le determina originile.

„În timp ce majoritatea orelor noastre sunt predate de la zero, această clasă ne-a plasat imediat la granița cercetării în astrofizică”, spune Andales.

Elevii au lucrat din datele stele colectate. de Frebel de-a lungul anilor de la telescopul Magellan-Clay de 6,5 metri de la Observatorul Las Campanas. Ea păstrează copii tipărite ale datelor într-un liant mare din biroul ei, pe care studenții l-au pieptănat pentru a căuta stele de interes.

În special, ei căutau stele antice care s-au format la scurt timp după Big Bang, care a avut loc acum 13,8 miliarde de ani. În acest moment, universul era format în mare parte din hidrogen și heliu și din abundențe foarte scăzute de alte elemente chimice, cum ar fi stronțiul și bariul. Așadar, studenții au căutat prin liantul lui Frebel stele cu spectre, sau măsurători ale luminii stelare, care indicau abundențe scăzute de stronțiu și bariu.

Căutarea lor s-a restrâns pe trei stele care au fost observate inițial de telescopul Magellan între 2013 și 2014. Astronomii nu au urmărit niciodată aceste stele particulare pentru a le interpreta spectrele și a le deduce originile. Au fost, atunci, candidați perfecti pentru elevii din clasa lui Frebel.

Elevii au învățat cum să caracterizeze o stea pentru a se pregăti pentru analiza spectrelor pentru fiecare dintre cele trei stele. Ei au putut determina compoziția chimică a fiecăruia cu diverse modele stelare. Intensitatea unei anumite caracteristici din spectrul stelar, corespunzătoare unei anumite lungimi de undă a luminii, corespunde unei anumite abundențe a unui anumit element.

După finalizarea analizei, elevii au putut concluziona cu încredere că trei stele dețineau abundențe foarte scăzute de stronțiu, bariu și alte elemente, cum ar fi fierul, în comparație cu steaua lor de referință – propriul nostru soare. De fapt, o stea conținea mai puțin de 1/10.000 din cantitatea de fier față de heliu, în comparație cu soarele de astăzi.

„A fost nevoie de o mulțime de ore să mă uit la un computer și multă depanare, mesaje frenetice de mesaje. și să ne trimitem e-mail unul altuia pentru a înțelege asta”, își amintește Santos. „A fost o curbă mare de învățare și o experiență specială.”

Abundența chimică scăzută a stelelor a sugerat că s-au format inițial cu 12 până la 13 miliarde de ani în urmă. De fapt, semnăturile lor chimice scăzute erau similare cu ceea ce măsuraseră anterior astronomii pentru unele galaxii pitice antice, ultraslăbite. Stelele echipei își au originea în galaxii similare? Și cum au ajuns să se afle în Calea Lactee?

Într-o bănuială, oamenii de știință au verificat modelele orbitale ale stelelor și modul în care acestea se mișcă pe cer. Cele trei stele se află în locații diferite în haloul Căii Lactee și sunt estimate la aproximativ 30.000 de ani lumină de Pământ. (Pentru referință, discul Căii Lactee se întinde pe o lungime de 100.000 de ani lumină.)

În timp ce au retras mișcarea fiecărei stele în jurul centrului galactic folosind observații de la satelitul astrometric Gaia, echipa a observat un lucru curios: relativ pentru majoritatea stelelor de pe discul principal, care se mișcă ca mașinile pe o pistă de curse, toate cele trei stele păreau să meargă pe direcția greșită. În astronomie, aceasta este cunoscută sub denumirea de „mișcare retrogradă” și este un indiciu că un obiect a fost cândva „acretat” sau atras din altă parte.

„Singurul mod în care poți avea stelele să meargă pe o direcție greșită. restul bandei este dacă le-ai aruncat într-un mod greșit”, spune Frebel.

Faptul că aceste trei stele orbitează în moduri complet diferite de restul discului galactic și chiar de aureola, combinate cu faptul că dețineau abundențe chimice scăzute, au demonstrat că stelele erau într-adevăr străvechi și au aparținut cândva galaxiilor pitice mai vechi și mai mici, care au căzut în Calea Lactee în unghiuri aleatorii și și-au continuat traiectoriile încăpățânate miliarde de ani mai târziu.

Frebel, curios să știe dacă mișcarea retrogradă era o caracteristică a altor stele antice din aureola pe care astronomii l-au analizat anterior, a căutat prin literatura științifică și a găsit alte 65 de stele, de asemenea, cu abundență scăzută de stronțiu și bariu, care au apărut pentru a merge, de asemenea, împotriva fluxului galactic.

„Interesant, toate sunt destul de rapide – sute de kilometri pe secundă, merg pe direcția greșită”, spune Frebel. „Sunt pe fugă! Nu știm de ce este cazul, dar era piesa puzzle-ului de care aveam nevoie și pe care nu prea am anticipat-o când am început.”

Echipa este nerăbdătoare să caute alte stele antice SASS și acum au o rețetă relativ simplă pentru a face acest lucru: mai întâi, căutați stele cu abundență chimică scăzută și apoi urmăriți modelele lor orbitale pentru semne de mișcare retrogradă. Dintre cele peste 400 de miliarde de stele din Calea Lactee, ei anticipează că metoda va arăta un număr mic, dar semnificativ, dintre cele mai vechi stele ale universului.

Frebel intenționează să relanseze clasa în această toamnă și privește înapoi. la acel prim curs și cei trei studenți care și-au dus rezultatele până la publicare, cu admirație și recunoștință.

"A fost minunat să lucrez cu trei femei de licență. Este o premieră pentru mine", spune ea. „Este într-adevăr un exemplu al modului MIT. O facem. Și oricine spune: „Vreau să particip”, poate face asta și se întâmplă lucruri bune.”

Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetarea, inovarea și predarea MIT.

(Fluierul)