Descubren que varias de las estrellas más antiguas del Universo están en nuestra galaxia

Tres de las estrellas más antiguas del Universo fueron recientemente descubiertas por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que se sorprendieron aún más al comprobar que se encuentran, de hecho, en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Según explica la prestigiosa institución en un comunicado, los astros, que tienen entre 12.000 y 13.000 millones de años y se formaron, por tanto, en los albores del Universo, no han estado siempre en nuestro vecindario galáctico, sino que pertenecieron a otra u otras galaxias más pequeñas y primitivas que fueron finalmente «absorbidas» por la Vía Láctea, de mayor tamaño y que aún seguía creciendo. Dichas estrellas, ubicadas en su región más externa, son un vestigio de sus respectivas antiguas galaxias, y el equipo sospecha que puede haber más supervivientes estelares de ese tipo en la 'zona' en que se encuentran.

«Estas estrellas más antiguas definitivamente deberían estar allí, dado lo que sabemos sobre la formación de galaxias. Son parte de nuestro árbol genealógico cósmico. Y ahora tenemos una nueva forma de encontrarlos», dice Anna Frebel, profesora de física del MIT y una de las autoras de la investigación, cuyos resultados fueron publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

A medida que descubren estrellas similares, los investigadores esperan utilizarlas como análogas de galaxias enanas ultradébiles, que se cree que son algunas de las primeras galaxias supervivientes del Universo. Estas galaxias todavía están intactas hoy en día, pero son demasiado distantes y débiles para que los astrónomos puedan estudiarlas en profundidad. Al caber la posibilidad de que estas estrellas hayan pertenecido alguna vez a galaxias enanas primitivas similares, podrían ser una forma accesible de comprender su evolución, señalan.

«Ahora podemos buscar otras análogas en la Vía Láctea que sean mucho más brillantes y estudiar su evolución química sin tener que buscar estas estrellas extremadamente débiles», afirma Frebel.

Frontera estelar

Los estudiantes del MIT que también participaron en la investigación trabajaron a partir de datos estelares recopilados por Frebel a lo largo de los años desde el telescopio Magellan-Clay de 6,5 metros en el Observatorio Las Campanas, en Chile. La docente guarda copias impresas de los datos en una carpeta grande que los estudiantes revisan para buscar estrellas de interés.

En particular, buscaban estrellas antiguas que se formaron poco después del Big Bang, que ocurrió hace 13.800 millones de años. En ese momento, el Universo estaba compuesto principalmente de hidrógeno y helio y cantidades muy bajas de otros elementos químicos, como el estroncio y el bario. Así, los estudiantes buscaron en la carpeta de Frebel estrellas con espectros, o mediciones de la luz estelar, que indicaran poca abundancia de estroncio y bario.

Su búsqueda se centró en tres estrellas que fueron observadas originalmente por el telescopio de Magallanes entre 2013 y 2014. Los astrónomos nunca dieron seguimiento a estas estrellas en particular para interpretar sus espectros y deducir sus orígenes, por lo que eran candidatos perfectos para los estudiantes de la clase de Frebel.

Los alumnos aprendieron a caracterizar una estrella para prepararse para el análisis de los espectros de cada una de las tres estrellas. Pudieron determinar la composición química de cada una con diversos modelos estelares. La intensidad de una característica particular en el espectro estelar, correspondiente a una longitud de onda de luz específica, corresponde a una abundancia particular de un elemento específico.

Después de finalizar 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 propio sol. De hecho, una estrella contenía menos de 1/10.000 de la cantidad de hierro a helio en comparación con el sol actual.

«En la carrera»

La baja abundancia química de las estrellas sugería que se formaron originalmente hace entre 12 y 13.000 millones de años. De hecho, sus bajas firmas químicas eran similares a las que los astrónomos habían medido previamente en algunas galaxias enanas antiguas y ultradébiles. De esta forma, ¿es posible que las estrellas analizadas se originaran en galaxias similares? Y, ¿cómo llegaron a estar en la Vía Láctea?

Los científicos comprobaron los patrones orbitales de las estrellas y cómo se mueven por el cielo. Las tres estrellas se encuentran en diferentes ubicaciones 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 tiene 100.000 años luz de diámetro).

Mientras seguían el movimiento de cada estrella alrededor del centro galáctico utilizando observaciones del satélite astrométrico Gaia, el equipo notó un detalle curioso: en comparación con la mayoría de las estrellas en el disco principal, las tres estrellas parecían estar yendo por el camino equivocado. En astronomía, esto se conoce como «movimiento retrógrado» y es un indicio de que un objeto alguna vez fue atraído desde otro lugar.

«La única manera de que las estrellas vayan en la dirección equivocada a la del resto del grupo es si las arrojas en la dirección equivocada», dice Frebel.

El hecho de que estas tres estrellas estuvieran orbitando de manera completamente diferente al resto del disco galáctico e incluso al halo, combinado con el hecho de que tenían una baja abundancia química, demostraba que las estrellas eran realmente antiguas y alguna vez pertenecieron a galaxias enanas más antiguas y pequeñas que llegaron a la Vía Láctea en ángulos aleatorios y continuaron sus obstinadas trayectorias miles de millones de años después.

Frebel, curiosa por saber si el movimiento retrógrado era una característica de otras estrellas antiguas en el halo que los astrónomos analizaron previamente, examinó la literatura científica y encontró otras 65 estrellas, también con bajas abundancias de estroncio y bario, que parecían ir igualmente en contra de la tendencia del flujo galáctico.

«Curiosamente, todos son bastante rápidos: cientos de kilómetros por segundo yendo en sentido contrario», dice Frebel. «¡Están huyendo! No sabemos por qué es así, pero era la pieza del rompecabezas que necesitábamos y que no preví cuando empezamos».

El equipo está deseoso de buscar otras estrellas 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 señales de movimiento retrógrado. De los más de 400.000 millones de estrellas de la Vía Láctea, auguran que el método descubrirá un número pequeño pero significativo de las estrellas más antiguas del Universo.