Paula Jofré: Las primeras estrellas de la Via Láctea

Paula Jofré es Licenciada en Astronomia de la PUC. Fue becada por la International Max Plank Research School (IMPRS) y en Diciembre de 2010 obtuvo su doctorado en el MPA en Garching, Alemania. Su primer postdoc lo realizó en el Observatorio de Bordeaux, Francia y ahora está comenzando su segundo postdoc en el Institute of Astronomy, University of Cambridge. Si quieres saber más de su experiencia e intereses, que incluyen desde estudios de la Galaxia usando grandes muestras de estrellas hasta la compatibilidad de la carrera científica con la familia, contáctala en pjofre at ast dot cam dot ac dot uk.

Este trabajo intenta responder a lo que fue la "pregunta científica" de mi tesis de doctorado: "Cual es la edad de las estrellas del halo de la Vía Láctea?" Si bien las estrellas del halo corresponden a menos de un 1% del total de la Galaxia, son las más viejas y por tanto nos dan información de sus orígenes. Determinar edades es una tarea difícil, ya que ciertos aspectos de los modelos de evolución estelar son muy poco entendidos y no es posible restringirlos cuando los observables tienen errores muy grandes. Las estrellas del halo son lejanas y débiles, lo que hace que sus brillos intrínsecos - o indicadores de  distancias  - no sean conocidos, y, por lo tanto, las edades tampoco. Determinar con precisión la edad de estas primeras y distantes estrellas de la Galaxia de una manera individual es casi imposible.

En el trabajo de mi doctorado tomamos ventaja de los actuales grandes catálogos de estrellas, en particular del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que contiene cientos de miles de estrellas del halo, y determinamos edades de manera estadística, considerando poblaciones estelares. Encontré que el halo está compuesto principalmente de una población dominante, donde estas estrellas son viejas y se formaron  durante el tiempo que la Galaxia estaba colapsando, junto con los primeros cúmulos globulares. Logré también identificar una minoría de estrellas que parecen mas jóvenes, confirmando que algunas vienen de pequeñas galaxias y fueron atraídas por la Vía Láctea después de su formación.

Finalmente, este trabajo permitió estudiar el mecanismo de difusión atómica de helio en los modelos de evolución estelar. Este mecanismo consiste en que el helio tiende a hundirse hacia el centro de la estrella debido a que su peso es mayor que el de hidrógeno, desplazando a este último fuera del núcleo. Esto deja a la estrella con menos combustible y por tanto con menor tiempo en la secuencia principal. Usando modelos de evolución sin difusión atómica, las edades de las estrellas del halo resultan mayores que la edad del Universo. Este ultimo resultado es un argumento fuerte a favor de difusión atómica, un mecanismo cuyo efecto en el interior de estrellas viejas es fuente de debate.

Fig. 1: Diagrama de edad-metalicidad de la población dominante en las estrellas del halo obtenidas con el SDSS. En el  panel A,  la línea negra continua muestra el resultado obtenido con modelos evolutivos sin difusión, mientras que la línea roja discreta muestra el resultado obtenido considerando difusión. El panel B muestra la diferencia de edad como función de la metalicidad entre resultados obtenidos con y sin difusión atómica.

La figura resume el trabajo con un diagrama de edad-metalicidad de la población dominante en las estrellas del halo. En el Panel A podemos ver que la diferencia de los modelos de evolución con (linea roja) y sin (linea negra) difusión atómica es de aproximadamente 4 Gyr (10⁹ años), independiente de la metalicidad, y tampoco hay un gradiente notable en la edad como función de la metalicidad, sugiriendo que en los comienzos de la Galaxia hubo una historia de formación estelar  muy rápida. Finalmente, la relación de edad-metalicidad para el caso no difusivo entrega edades entre 16-18 Gyr, que es imposible dado que el Universo tiene solamente 13.7 Gyr. Concluimos con que la mayoría de las estrellas del halo nacieron 10-12 Gyr atrás. 

"The age of the Milky Way halo stars from the Sloan Digital Sky Survey"

P. Jofre & A. Weiss

A&A 533, A59 (2011) - ArXiv:1105.2022

Resumen (en inglés, después del salto - compartir & comentar)

We determined the age of the stellar content of the Galactic halo by considering main-sequence turn-off stars. From the large number of halo stars provided by Sloan Digital Sky Survey, we could accurately detect the turn-off as a function of metallicity of the youngest dominant population, which was done by looking at the hottest (bluest) stars of a population.e Using the turn-off temperature of a population of a given metallicity, we looked for the isochrones with that turn-off temperature and metallicity and found no age gradient as a function of metallicity. This would mean that this dominating population of the Galactic halo formed rapidly, probably during the collapse of the proto-Galactic gas. Moreover, we could find a significant number of stars with hotter temperatures than the turn-off, which might be blue horizontal branch (BHB) stars, blue stragglers, or main sequence stars that are younger than the dominant population and were probably formed in external galaxies and accreted later on to our Milky Way. Motivated by the current debate about the efficiency of gravitational settling (atomic diffusion) in the interior of old solar-type stars, we used isochrones with and without settling to determine the ages. When ignoring diffusion in the isochrones we obtained ages of 14−16 Gyr. This result is a strong argument against inhibited diffusion in old halo field stars, since it results in a serious conflict with the age of the Universe of 13.7 Gyr. The age obtained including diffusion in the isochrones was 10−12 Gyr, which agrees with the absolute age of the old globular clusters in the inner halo.