• Dai dati del satellite Gaia, i ricercatori del MPIA hanno identificato un’antica popolazione stellare nelle regioni centrali della Via Lattea.
• Utilizzando il machine learning è stato possibile trovare la metallicità delle stelle giganti rosse e stimarne l’età.
• Il team ha ottenuto un campione di stelle con metallicità accurate di dimensioni senza precedenti, costituito da 2 milioni di giganti rosse nella galassia interna.

Utilizzando i dati della missione Gaia dell’ESA e sfruttando una rete neurale, un team di ricerca del Max Planck Institute for Astrinomy (MPIA) è riuscito a identificare il vecchio cuore di stelle della Via Lattea. Si tratta di una popolazione stellare che risiede nelle regioni centrali della Galassia, testimone della sua formazione iniziale.

I ricercatori hanno usato il machine learning per estrarre la metallicità di due milioni di stelle giganti, appartenenti alla regione più interna della Via Lattea. Il rilevamento di queste stelle, così come le loro proprietà, forniscono una conferma alle simulazioni cosmologiche sull’evoluzione della Galassia nel corso della storia dell’Universo.

La storia di una galassia è modellata da fusioni e collisioni e determinata dalle riserve di gas idrogeno, la materia prima per fabbricare nuove stelle. Per ricostruire questo tipo di storia è necessario combinare osservazioni sempre migliori con simulazioni sempre più sofisticate. La nostra Via Lattea gioca un ruolo speciale in questo: è la galassia di cui possiamo esaminare meglio e nel modo più dettagliato possibile le stelle.

Una popolazione di stelle molto metallica

Gli elementi costitutivi di base di una galassia sono le sue stelle. Per un piccolo sottoinsieme di stelle, le cosiddette sub-giganti, i ricercatori sono in grado di dedurre la loro età a partire dalla luminosità e dalla temperatura. Più in generale, per capire l’età di una stella è possibile sfruttarne la metallicità, ovvero la quantità di elementi chimici più pesanti dell’elio che l’atmosfera contiene.

In generale, ogni generazione di stelle riempie il gas interstellare di elementi pesanti, metallici appunto, da cui si forma la successiva generazione di stelle. Ogni generazione avrà quindi una metallicità superiore rispetto alle altre.

Nella primavera del 2022 i ricercatori MPIA Maosheng Xiang e Hans-Walter Rix hanno utilizzato i dati del satellite Gaia e dell’indagine LAMOST per determinare l’età delle stelle in un campione di 250.000 sub-giganti. Dalla loro analisi, gli astronomi sono stati in grado di ricostruire la storia dell'”adolescenza” della Via Lattea di 11 miliardi di anni fa, così come quella della successiva “età adulta”. Notarono però che le stelle più vecchie del loro campione di adolescenti avevano già una notevole metallicità, circa il 10% in più della metallicità del nostro Sole. Chiaramente, prima che si formassero quelle stelle, dovevano esserci state generazioni precedenti che avevano inquinato il mezzo interstellare con elementi metallici.

Alla ricerca dell’antico cuore galattico

L’esistenza di quelle generazioni precedenti era d’accordo con quanto previsto dalle simulazioni della storia cosmica. Allora Rix iniziò la ricerca di stelle appartenenti all’antico nucleo della Galassia, e per farlo approfittò del Data Release 3 (DR3) di Gaia. Gli spettri stellari contenuti in DR3 sono di ottima qualità, tuttavia la risoluzione spettrale è bassa per costruzione. Per estrarre valori di metallicità stellare affidabili, gli astronomi hanno deciso di concentrarsi sulle giganti rosse.

Queste stelle sono circa cento volte più luminose delle sub-giganti, e facilmente osservabili anche nelle regioni centrali della galassia. Inoltre, le caratteristiche spettrali che testimoniano la loro metallicità sono molto evidenti, adatte al tipo di analisi che i ricercatori avevano pianificato attraverso il machine learning. La rete neurale è stata addestrata utilizzando spettri Gaia, selezionati come input, per i quali la metallicità era già nota dal sondaggio APOGEE.

La rete neurale è stata in grado di dedurre metallicità precise e accurate anche per stelle mai studiate prima. Infine, l’algoritmo è stato applicato all’intero set di dati sulle giganti rosse degli spettri di Gaia. Ciò ha prodotto un campione di metallicità accurate di dimensioni senza precedenti, costituito da 2 milioni di giganti rosse nella galassia interna.

Con questo campione è stato relativamente facile identificare il cuore della Via Lattea: una popolazione di stelle di bassa metallicità, concentrate nel centro entro 30.000 anni luce di diametro. Queste stelle completano il precedente studio di Xiang e Rix sull’adolescenza della Via Lattea. Hanno la giusta metallicità per aver prodotto le stelle più povere di metalli che, in seguito, hanno formato il disco galattico.

Lo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal, è reperibile qui.