Астрономы обнаружили эти древние звёзды на окраинах галактики. Они настолько старые, что их возраст может достигать нескольких миллиардов лет. Эти звёзды образовались ещё до формирования первых галактик, примерно через 1–2 миллиарда лет после Большого взрыва.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили эти звёзды в гало Млечного Пути — это размытое облако из звёзд, газа и пыли, которое окружает нашу галактику. Возраст этих звёзд составляет от 13 до 12 миллиардов лет.
Команда назвала эти звёздные системы «Малые накопленные звёздные системы, или SASS-звёзды (Small Accreted Stellar System)». Это название указывает на то, что каждая из этих звёзд сформировалась в своей собственной маленькой, первобытной галактике, которая позже была поглощена Млечным Путём.
Исследователи предполагают, что на окраинах Солнечной системы может находиться ещё больше древних звёзд, которые были «изгнаны» из своих галактик. Эти звёзды могут образовывать своего рода «архив», который поможет нам понять, как наша галактика формировалась и развивалась, поглощая другие галактики и принимая их звёзды.
Такие звёзды также могут быть использованы в качестве аналогов для изучения самых ранних звёзд и галактик во Вселенной, возраст которых составляет примерно 13,8 миллиардов лет.
«Учитывая то, что мы знаем о формировании галактик, можно предположить, что эти самые старые звёзды должны быть там, — сказала Анна Фребель, член команды и профессор физики Массачусетского технологического института. — Они являются частью нашего космического "семейного древа". И теперь у нас есть новый способ найти их».
Обнаружение большего количества звёзд SASS означало бы больше аналогов звёзд в так называемых ультрапрозрачных карликовых галактиках. Эти галактики являются самыми древними из выживших галактик во Вселенной. Хотя они остаются целыми, они находятся слишком далеко и тусклы, чтобы быть исследованы в деталях.
Звёзды SASS, которые были вырваны из похожих на них первобытных галактик и поглощены Млечным Путём, представляют собой более доступный путь для понимания эволюции некоторых из этих очень ранних галактик.
«Теперь мы можем искать больше аналогов в Млечном Пути, которые гораздо ярче, и изучать их химическую эволюцию, не тратя время на поиск крайне тусклых звёзд», — добавила Фребель.
Исследование древних звёзд на краю Млечного Пути началось в 2022 году как часть нового курса по археологии звёзд, который проводит Фребель. Во время этих занятий исследователь из МТИ рассказывал о методах изучения старых звёзд и обсуждал, как эти методы можно применить к неизученным звёздам, чтобы определить их происхождение.
«Хотя большинство наших занятий начинаются с нуля, этот курс сразу же поставил нас на передовую исследований в области астрофизики», — сказала Хиллари Андалис, член лаборатории Фребель в Институте Кавли по астрофизике и космическим исследованиям МТИ.
Студенты Фребель просмотрели годы собранных данных, используя 6,5-метровый телескоп Магеллан-Клей в обсерватории Лас-Кампанас, чтобы найти интересующие их звёзды, особенно те, у которых низкая концентрация элементов тяжелее водорода и гелия.
Когда появились первые звёзды, Вселенная состояла в основном из водорода, немного гелия и небольшого количества тяжёлых элементов, известных как «металлы». Звёзды создавали эти металлы в своих ядрах и распространяли их во время взрывов. Эти элементы становились строительными блоками для новых поколений звёзд.
Это означает, что первые звёзды должны были иметь состав с меньшим содержанием металлов по сравнению с более «современными» звёздами, такими как наше Солнце, возраст которого составляет 4,6 миллиарда лет.
Чтобы обнаружить древние звёзды в Млечном Пути, Фребель и её команда сосредоточились на звёздах, не содержащих стронций и барий. Они нашли три такие звезды, которые были обнаружены телескопом «Магеллан» в 2013 и 2014 годах. Эти звёзды были исследованы не так подробно, как другие.
Команда обнаружила, что не только три выделенные звезды лишены стронция и бария, но и содержание железа в них было довольно низким по сравнению с более «современными» звёздами, такими как наше Солнце. Фактически, для одной из звёзд соотношение железа к гелию в 10 000 раз меньше, чем соотношение тех же элементов для Солнца.
Химический состав звёзд показал, что они находятся в возрасте от 12 до 13 миллиардов лет и имеют поразительное сходство с химическим составом древних ультрапрозрачных карликовых галактик.
Чтобы узнать, как эти древние звёзды стали частью нашей галактики, исследователи изучили их орбиты и пути по небу. Они обнаружили, что звёзды находятся в трёх различных местах гало Млечного Пути и расположены примерно в 30 000 световых лет от Земли.
Происхождение этих звёзд как части галактик, поглощённых Млечным Путём, было раскрыто не только их составом, в котором мало металлов, но и тем, что они движутся в другом направлении по отношению к главному диску Млечного Пути и большинству его гало. Звёзды также демонстрировали случайные углы и странные траектории, которые сохранились на протяжении миллиардов лет.
При изучении этого ретроградного движения команда обнаружила ещё 65 звёзд, проявляющих тот же паттерн. У этих звёзд также было низкое содержание стронция и бария, но, что удивительно, у них было ещё что-то общее со звёздами SASS.
«Они в бегах! Интересно, что они все довольно быстрые — сотни километров в секунду, идут не в том направлении», — пояснила Фребель. «Мы не знаем, почему это так, но это был последний кусочек головоломки, который нам был нужен, и который я не совсем предвидела, когда мы начали».
В Млечном Пути насчитывается около 400 миллиардов звёзд, и Фребель и её коллеги теперь будут искать больше звёзд SASS среди них. Они будут искать металломалые звёздные композиции, а затем проверять, совпадают ли выбранные объекты с орбитами, которые не соответствуют галактическому потоку.
Кроме того, курс по археологии звёзд Фребель вернётся в следующем году, что позволит большему числу студентов узнать о её захватывающей методологии. Эти результаты, по сути, являются её подтверждением.
Результаты команды были опубликованы 14 мая в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.