Stele din grupul antic găsit în Calea Lactee

Se crede că galaxii precum Calea Lactee au fost construite printr-o serie de fuziuni, atrăgând galaxii mai mici și grupuri de stele și făcând aceste stele străine proprii. În unele cazuri, fuziunile au fost destul de recente încât să putem detecta în continuare corpul anterior independent ca un grup de stele care orbitează împreună Calea Lactee. Dar, în timp, interacțiunile cu restul stelelor din Calea Lactee vor perturba încet orice structuri pe care le găzduiește clusterul.

Așa că este surprinzător că cercetătorii au descoperit ceea ce par a fi rămășițele unui cluster globular al unora dintre cele mai vechi stele din jur. Descoperirea este în concordanță cu modelul „creștere prin fuziune” al construcției galaxiilor, dar ridică întrebări cu privire la modul în care masa va rămâne intactă atâta timp cât va rămâne.

Miningul de date Gaia

Rezultatele au început cu o analiză a datelor de la Agenția Spațială Europeană Misiunea Gaia, care își propune să realizeze cel puțin o hartă a Căii Lactee în trei dimensiuni. Gaia a fotografiat aproape un miliard de obiecte de zeci de ori, ceea ce este suficient pentru a estima locația și mișcarea lor în jurul miezului Căii Lactee. Această hartă i-a ajutat pe oamenii de știință să identifice structurile din galaxia noastră pe baza faptului că există unele grupuri de stele care nu sunt doar aproape fizic unele de altele, ci toate se mișcă în aceeași direcție.

Miningul de date Gaia pentru aceste tipuri de structuri este atât de util încât există un algoritm software numit STREAMFINDER care le definește. Acest program a dus la descoperirea fluxului stelar C-19, un grup de stele care se deplasează împreună prin haloul Căii Lactee.

O modalitate de a verifica dacă aceste grupuri de stele au început într-adevăr ca parte a unui singur grup este să le verifici vârsta. Clusterele constau adesea din stele de vârste similare. O modalitate de a afla dacă stelele se formează în același timp este să verificați conținutul elementelor mai grele. Au existat puține elemente mai grele decât heliul în timpul Big Bang, așa că majoritatea elementelor mai grele existente acum proveneau de la stele anterioare. Cu cât steaua s-a format mai târziu în istoria universului, cu atât este mai probabil ca steaua să conțină aceste elemente mai grele.

(Astronomii numesc orice element mai greu decât heliul un metal și se referă la conținutul de elemente grele ale stelei drept un metal. Dar acest lucru este probabil să deruteze majoritatea neastronomilor, așa că îl vom evita.)

Așadar, astronomii din spatele noii lucrări au măsurat nivelurile elementelor grele din stele despre care se credea că aparțin fluxului C-19. Cu excepția unui membru, toate erau exact la fel, ceea ce indică faptul că pârâul este de fapt rămășița perturbatoare a unui grup. Dar rezultatele au inclus și o surpriză: o cantitate remarcabil de scăzută de elemente grele.

Istoria antica

Modul tipic de a înregistra elemente grele este prin raportul dintre fier (care se formează doar târziu în viața unei stele masive) și hidrogen. Hidrogenul a fost întotdeauna cel mai abundent element din univers, în timp ce nivelurile de fier s-au acumulat încet în timp. Deci, cu cât raportul fier/hidrogen este mai mare, cu atât steaua s-a format mai recent.

În cazul fluxului C-19, raportul a fost foarte scăzut. Atât de scăzut încât stelele C-19 s-au format acum 3 miliarde de ani, după Big Bang, sau când universul avea doar aproximativ un sfert din vârsta sa actuală. Este posibil să se fi format puțin mai devreme.

În cadrul Căii Lactee, au fost identificate câteva sute de stele cu niveluri la fel de scăzute de elemente grele. Dar nu s-a văzut vreodată niciun cluster în care fiecare stea să fie la un nivel atât de scăzut. De fapt, înainte de această descoperire, se credea că clusterele din Calea Lactee conțin elemente grele pentru Pământ – toate având niveluri mai mari decât cele observate în fluxul C-19. Acest lucru a fost adevărat, în ciuda faptului că, pe baza distribuției grupurilor cunoscute, ne-am aștepta la aproximativ cinci niveluri cu elemente grele similare cu cele din fluxul C-19.

Lipsa altor clustere sugerează că majoritatea clusterelor timpurii precum acest flux au fost deja atât de perturbate încât s-au estompat pe fundalul stelelor Căii Lactee. Ceea ce ridică întrebarea de ce nu există un flux C-19. Acest lucru este deosebit de neașteptat, deoarece orbita curentului în jurul nucleului galactic îl duce adânc în Calea Lactee, oferindu-i o mulțime de oportunități de a se angaja în interacțiuni cu alte caracteristici care ar trebui să-l dezactiveze.

O posibilitate care ar putea explica acest lucru este că clusterul a intrat inițial în Calea Lactee ca parte a unei galaxii pitice care a fost înghițită. Structura galaxiei pitice ar putea oferi un grad de protecție până când se prăbușește și stelele sale sunt împrăștiate pe Calea Lactee. Și dacă este adevărat, masa care a dat naștere fluxului C-19 conținea o mare parte a stelelor din galaxia pitică la acel moment.

Indiferent cum l-am explica, prezența fluxului C-19 ne spune lucruri despre istoria universului. Cercetătorii au concluzionat: „Prezența lui C-19 în sine dovedește că clusterele globulare ar trebui să se poată forma în medii cu conținut scăzut de minerale în care primele structuri galactice urmau să se agreeze”.

Natura, 2022. DOI: 10.1038 / s41586-021-04162-2 (Despre DOI).