Utilizzando il terzo data release (DR3) della missione Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), un team internazionale guidato da astronomi del Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) ha studiato le stelle entro un raggio di circa 3200 anni luce dal Sole. Hanno così scoperto un numero sorprendente di stelle molto vecchie in orbite a disco sottile, ovvero che si muovono in modo organizzato all’interno del disco sottile, la regione più piatta e densa e interna al disco della nostra galassia.

La maggior parte di queste stelle ha più di 10 miliardi di anni, alcune addirittura più di 13 miliardi di anni. E in generale mostrano un’ampia gamma di composizioni metalliche: alcune sono molto povere di metalli, altre hanno il doppio del contenuto di metalli del nostro Sole.

Queste antiche stelle suggeriscono che la formazione del disco sottile della Via Lattea sia iniziata molto prima di quanto si pensasse in precedenza, in particolare circa 4-5 miliardi di anni prima.

L’archeologia galattica

Comprendere come si è formata la Via Lattea è uno degli obiettivi principali dell’archeologia galattica. Per raggiungere questo obiettivo, sono necessarie mappe dettagliate della galassia che mostrino età, composizioni chimiche e movimenti delle stelle.

Queste mappe, note come chrono-chemo-kinematical maps, aiutano a ricostruire la storia della nostra galassia. Ma creare queste mappe dettagliate è impegnativo, perché richiede grandi set di dati di stelle con età note con precisione.

Un modo per superare questa sfida è studiare stelle molto povere di metalli che sono vecchie, e offrono una finestra sulla Via Lattea primordiale. Infatti, sono state tra le prime stelle a formarsi quando l’Universo era ancora in gran parte composto da idrogeno ed elio, prima che molti degli elementi più pesanti fossero creati e distribuiti da generazioni successive di astri.

Un disco sottile più vecchio del previsto

I ricercatori hanno quindi sfruttato la terza pubblicazione di dati della missione Gaia, un satellite che si occupa di astrometria, ovvero di catalogare i moti di oltre un miliardo di stelle nel nostro vicinato galattico.

Il team ha analizzato i parametri stellari di oltre 500mila stelle utilizzando un nuovo metodo di apprendimento automatico, che combina informazioni da diversi tipi di dati per fornire parametri stellari migliorati con elevata precisione. Queste misurazioni precise includono gravità, temperatura, contenuto di metallo, distanze, cinematica ed età delle stelle.

Per circa 200mila di queste stelle, è stato possibile calcolare distanze ed età con una precisione media rispettivamente dell’1% e del 12%, scoprendo che più del 50% delle stelle povere di metalli in orbite a disco sottile sono più vecchie di 13 miliardi di anni. Queste includono una vasta gamma di metallicità, da quelle più povere a quelle più ricche di metalli rispetto al Sole.

In particolare, l’algoritmo ha trovato un gran numero di stelle antiche su orbite simili a quella del nostro Sole, che sembrano aver formato il disco sottile della Via Lattea meno di 1 miliardo di anni dopo il Big Bang.

Ovvero diversi miliardi di anni prima di quanto si pensasse in precedenza: si era stabilito, infatti, che il disco sottile avesse iniziato a formarsi circa 8-10 miliardi di anni fa. Queste stime invece, anticipano il processo di 4-5 miliardi di anni. Samir Nepal dell’AIP, primo autore dello studio, ha affermato:

Questo studio evidenzia anche che la nostra galassia ha avuto un’intensa formazione stellare in epoche iniziali, che ha portato a un arricchimento di metalli molto rapido nelle regioni interne e alla formazione del disco. Questa scoperta allinea la cronologia della formazione del disco della Via Lattea con quella delle galassie ad alto redshift osservate dal James Webb Space Telescope (JWST) e dal radiotelescopio Atacama Large Millimeter Array (ALMA)”.

Il futuro con 4MIDABLE-LR

La ricerca quindi, oltre a suggerire che il disco sottile della Via Lattea potrebbe essersi formato molto prima di quanto pensassimo, indica anche che la sua formazione è fortemente correlata all’arricchimento chimico precoce delle regioni più interne della nostra Galassia.

Fondamentale per questa scoperta è stata la combinazione di dati provenienti da diverse fonti e l’applicazione di tecniche avanzate di apprendimento automatico, che hanno permesso di aumentare il numero di stelle con parametri stellari di alta qualità.

In futuro, una tecnica di apprendimento automatico simile verrà utilizzata per analizzare milioni di spettri, raccolti dal sondaggio 4MIDABLE-LR, acronimo di 4MOST Milky way Disk And BuEgE Low-Resolution Survey. 4MIDABLE-LR fornirà il più grande follow-up spettroscopico di Gaia, e consentirà di visualizzare la Via Lattea come un intero sistema stellare fornendo una mappa 3D dettagliata del disco stellare e del bulge della Via Lattea. Sarà effettuato con il telescopio 4MOST (4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope) dell’ESO, che inizierà le operazioni nel 2025.

Lo studio, Discovery of the local counterpart of disc galaxies at z > 4: The oldest thin disc of the Milky Way using Gaia-RVS, è reperibile qui in versione pre-print.