Por Jennifer Chu Investigadores del MIT, incluidos varios estudiantes universitarios, han descubierto tres de las estrellas más antiguas del universo, y resulta que viven en nuestro propio vecindario galáctico. 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 12.000 y 13.000 millones de años, el momento en que las primeras galaxias estaban tomando forma. Los investigadores han acuñado las estrellas "SASS", por pequeñas estrellas del Sistema Estelar Acretado, ya que creen que cada estrella perteneció 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. "Estas estrellas más antiguas definitivamente deberían estar allí, dado lo que sabemos de la formación de galaxias", dice la profesora de física del MIT Anna Frebel. "Son parte de nuestro árbol genealógico cósmico. Y ahora tenemos una nueva forma de encontrarlos". A medida que descubran estrellas SASS similares, los investigadores esperan usarlas como análogos de galaxias enanas ultradébiles, que se cree que son algunas de las primeras galaxias supervivientes del universo. Tales galaxias todavía están intactas hoy en día, pero son demasiado distantes y débiles para que los astrónomos las estudien en profundidad. Como las estrellas SASS pueden haber pertenecido alguna vez a galaxias enanas igualmente primitivas, 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 son mucho más brillantes, y estudiar su evolución química sin tener que perseguir a estas estrellas extremadamente débiles", dice Frebel. Ella y sus colegas han publicado sus hallazgos en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Los coautores del estudio son Mohammad Mardini, de la Universidad de Zarqa, en Jordania; Hillary Andales '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. "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 Magallanes-Clay de 6,5 metros en el Observatorio Las Campanas. Guarda copias impresas de los datos en una carpeta grande en su oficina, que los estudiantes revisaron para buscar estrellas de interés. En particular, estaban buscando estrellas antiguas que se formaron poco después del Big Bang, que ocurrió hace 13.800 millones de años. En este momento, el universo estaba hecho principalmente de hidrógeno y helio y abundancias muy bajas de otros elementos químicos, como el estroncio y el bario. Por lo tanto, los estudiantes buscaron en la carpeta de Frebel estrellas con espectros, o mediciones de luz estelar, que indicaran bajas abundancias de estroncio y bario. Su búsqueda se centró en tres estrellas que fueron observadas originalmente por el telescopio Magallanes entre 2013 y 2014. Los astrónomos nunca hicieron un seguimiento de estas estrellas en particular para interpretar sus espectros y deducir sus orígenes. Eran, pues, candidatos perfectos para los alumnos de la clase de Frebel. Los estudiantes aprendieron a caracterizar una estrella con el fin de prepararse para el análisis de los espectros de cada una de las tres estrellas. Pudieron determinar la composición química de cada uno con varios modelos estelares. La intensidad de una característica particular en el espectro estelar, correspondiente a una longitud de onda específica de la luz, corresponde a una abundancia particular de un elemento específico. Después de finalizar su análisis, los estudiantes pudieron concluir con confianza que las tres estrellas tenían abundancias 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 por helio en comparación con el Sol actual. "Me tomó muchas horas mirar una computadora y mucha depuración, mensajes de texto y correos electrónicos frenéticamente para resolver esto", recuerda Santos. "Fue una gran curva de aprendizaje y una experiencia especial". "A la fuga" La baja abundancia química de las estrellas sugiere que se formaron originalmente hace 12.000 o 13.000 millones de años. De hecho, sus bajas firmas químicas eran similares a las que los astrónomos habían medido previamente para 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 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 abarca 100.000 años luz de diámetro). A medida que seguían el movimiento de cada estrella alrededor del centro galáctico utilizando observaciones del satélite astrométrico Gaia, el equipo notó algo curioso: en relación con la mayoría de las estrellas en el disco principal, que se mueven como autos en una pista de carreras, las tres estrellas parecían ir en la dirección equivocada. En astronomía, esto se conoce como "movimiento retrógrado" y es un indicio de que un objeto alguna vez fue "acretado" o atraído desde otro lugar. "La única forma en que puedes hacer que las estrellas vayan por el camino equivocado del resto de la pandilla es si las lanzas por el camino equivocado", 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 bajas abundancias químicas, hizo un fuerte caso de que las estrellas eran realmente antiguas y una vez pertenecieron a galaxias enanas más antiguas y más pequeñas que cayeron en la Vía Láctea en ángulos aleatorios y continuaron sus trayectorias obstinadas 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, buscó en la literatura científica y encontró otras 65 estrellas, también con bajas abundancias de estroncio y bario, que parecían ir también en contra del flujo galáctico. "Curiosamente, todos son bastante rápidos, a cientos de kilómetros por segundo, yendo en la dirección equivocada", dice Frebel. "¡Están huyendo! No sabemos por qué es así, pero era la pieza del rompecabezas que necesitábamos, y que no anticipé del todo cuando empezamos". El equipo está ansioso por buscar otras estrellas antiguas de SASS, 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 400.000 millones de estrellas de la Vía Láctea, prevén que el método revelará un número pequeño pero significativo de las estrellas más antiguas del universo. Frebel planea relanzar la clase este otoño, y recuerda con admiración y gratitud ese primer curso y a los tres estudiantes que llevaron sus resultados a la publicación. "Ha sido increíble trabajar con tres mujeres universitarias. Es la primera vez que lo hago", dice. "Es realmente un ejemplo del estilo del MIT. Nosotros sí. Y quien diga: 'Quiero participar', puede hacerlo, y suceden cosas buenas". Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Fundación Nacional de Ciencias.