Gaia troba parts de la Via Làctia molt més antigues del que s’esperava

Aquest resultat sorprenent prové d’una anàlisi realitzada per Maosheng Xiang i Hans-Walter Rix, de l’Institut Max-Planck d’Astronomia, Heidelberg, Alemanya. Van agafar dades de brillantor i posició de Gaia Primera versió de dades 3 (EDR3) conjunt de dades i ho va combinar amb mesures de la composició química de les estrelles, tal com donen les dades del Telescopi Espectroscòpic de Fibra Multi-Objecte de la Gran Zona Celeste (LAMOST) de la Xina per a aproximadament 250.000 estrelles per derivar les seves edats.

Van triar mirar estrelles subgegants. En aquestes estrelles, l’energia ha deixat de generar-se al nucli de l’estrella i s’ha traslladat a una closca al voltant del nucli. L’estrella mateixa s’està transformant en una estrella gegant vermella. Com que la fase subgegant és una fase evolutiva relativament breu en la vida d’una estrella, permet determinar la seva edat amb gran precisió, però encara és un càlcul complicat.

Quants anys tenen les estrelles?

L’edat d’una estrella és un dels paràmetres més difícils de determinar. No es pot mesurar directament, sinó que s’ha de deduir comparant les característiques d’una estrella amb models informàtics d’evolució estel·lar. Les dades de composició ajuden amb això. L’Univers va néixer gairebé exclusivament amb hidrogen i heli. Els altres elements químics, coneguts col·lectivament com a metalls pels astrònoms, es fabriquen a l’interior de les estrelles i es tornen a esclatar a l’espai al final de la vida d’una estrella, on es poden incorporar a la propera generació d’estrelles. Per tant, les estrelles més antigues tenen menys metalls i es diu que tenen una metal·licitat inferior.

Les dades de LAMOST donen la metal·licitat. En conjunt, la brillantor i la metal·licitat permeten als astrònoms extreure l’edat de l’estrella dels models informàtics. Abans de Gaia, els astrònoms treballaven habitualment amb incerteses del 20 al 40 per cent, cosa que podria provocar que les edats determinades fossin imprecises en mil milions d’anys o més.

La publicació de dades EDR3 de Gaia canvia això. “Amb les dades de brillantor de Gaia, podem determinar l’edat d’una estrella subgegant en un percentatge”, diu Maosheng. Armats amb edats precises per a un quart de milió d’estrelles subgegants repartides per tota la galàxia, Maosheng i Hans-Walter van començar l’anàlisi.

Anatomia de la Via Làctia

La nostra galàxia està formada per diferents components. A grans trets, aquests es poden dividir en l’halo i el disc. L’aureola és la regió esfèrica que envolta el disc, i tradicionalment s’ha pensat que és el component més antic de la galàxia. El disc es compon de dues parts: el disc prim i el disc gruixut. El disc prim conté la majoria de les estrelles que veiem com la banda boira de llum al cel nocturn que anomenem Via Làctia. El disc gruixut és més del doble de l’alçada del disc prim, però de radi més petit, i conté només un poc per cent de les estrelles de la Via Làctia al veïnat solar.

En identificar estrelles subgegants en aquestes diferents regions, els investigadors van poder construir una línia de temps de la formació de la Via Làctia, i va ser llavors quan van rebre una sorpresa.

Dues fases en la història de la Via Làctia

Les edats estel·lars van revelar clarament que la formació de la Via Làctia es va dividir en dues fases diferents. En la primera fase, començant només 0.800 milions d’anys després del Big Bang, el gruix disc va començar a formar estrelles. Les parts internes de l’aureola també poden haver començat a unir-se en aquesta etapa, però el procés es va accelerar ràpidament fins a completar-se uns dos mil milions d’anys després quan una galàxia nana coneguda com Gaia-Salsitxa-Enceladus. fusionat amb la Via Làctia. Va omplir l’aureola d’estrelles i, tal com revela clarament el nou treball, va activar el gruix disc naixent per formar la majoria de les seves estrelles. El prim disc d’estrelles que conté el Sol, es va formar durant la segona fase posterior de la formació de la galàxia.

L’anàlisi també mostra que després de l’esclat de formació estel·lar desencadenat per la fusió amb Gaia-Sausage-Enceladus, el disc gruixut va continuar formant estrelles fins que el gas es va esgotar al voltant de 6.000 milions d’anys després del Big Bang. Durant aquest temps, la metal·licitat del disc gruixut va créixer més d’un factor de 10. Però, sorprenentment, els investigadors veuen una relació entre l’edat estel·lar i la metal·licitat molt estreta, la qual cosa indica que durant tot aquest període, el gas que formava les estrelles estava ben barrejat. per tot el disc. Això implica que les primeres regions del disc de la Via Làctia s’han d’haver format a partir d’un gas altament turbulent que va estendre eficaçment els metalls a tot arreu.

Una línia de temps gràcies a Gaia

L’edat de formació anterior del disc gruixut apunta a una imatge diferent de la història primerenca de la nostra galàxia. “Des del descobriment de l’antiga fusió amb Gaia-Sausage-Enceladus, el 2018, els astrònoms han sospitat que la Via Làctia ja hi era abans que es formés l’aureola, però no teníem una imatge clara de com era aquesta Via Làctia. Els nostres resultats proporcionen detalls exquisits sobre aquesta part de la Via Làctia, com ara el seu aniversari, la seva taxa de formació estel·lar i la història d’enriquiment de metalls. Ajuntar aquests descobriments amb dades de Gaia està revolucionant la nostra imatge de quan i com es va formar la nostra galàxia”. diu Maosheng.

I potser encara no estem mirant prou lluny a l’Univers per veure la formació de discos galàctics similars. Una edat de 13.000 milions d’anys correspon a un desplaçament cap al vermell de 7, on el desplaçament cap al vermell és una mesura de la distància d’un objecte celeste i, per tant, quant de temps ha trigat la seva llum a travessar l’espai i arribar a nosaltres.

Podrien arribar noves observacions en un futur proper, ja que el telescopi espacial James Webb s’ha optimitzat per veure les primeres galàxies semblants a la Via Làctia de l’Univers. I el 13 de juny d’enguany, Gaia en publicarà el seu complet tercer llançament de dades (Gaia DR3). Aquest catàleg inclourà espectres i informació derivada com les edats i la metal·licitat, fent que estudis com el de Maosheng sigui encara més fàcil de dur a terme.

“Amb cada nova anàlisi i publicació de dades, Gaia ens permet reconstruir la història de la nostra galàxia amb un detall encara més sense precedents. Amb el llançament de Gaia DR3 al juny, els astrònoms podran enriquir la història amb encara més detalls”, diu Timo Prusti, científic del projecte Gaia de l’ESA.

“Una imatge resolta en el temps de la història de la formació primerenca de la nostra Via Làctia” de Maosheng Xiang i Hans-Walter Rix es publica a Naturalesa. doi 10.1038/s41586-022-04496-5

Per a més informació, poseu-vos en contacte amb:
Relacions amb els mitjans de l’ESA
Correu electrònic: media@esa.int