Astronomer har upptäckt några av de äldsta stjärnorna i vår Vintergatans galax genom att bestämma deras lägen och hastigheter, enligt en studie ledd av forskare vid Georgia State University.

Precis som människor, stjärnor har en livslängd:födelse, ungdom, vuxen ålder, senior och död. Denna studie fokuserade på gamla eller "senior medborgare" stjärnor, även känd som coola subdvärgar, som är mycket äldre och svalare i temperatur än solen.

Vintergatan är nästan 14 miljarder år gammal, och dess äldsta stjärnor utvecklades i det tidiga skedet av galaxens bildande, vilket gör dem ungefär sex till nio miljarder år gamla. De finns i gloria, en ungefär sfärisk komponent av galaxen som bildades först, där gamla stjärnor rör sig i banor som är mycket långsträckta och lutar. Yngre stjärnor i Vintergatan roterar tillsammans längs galaxens skiva i ungefär cirkulära banor, ungefär som hästar på en karusell.

I den här studien, publicerad i november 2017-upplagan av The Astronomical Journal , astronomer genomförde en folkräkning av vårt solområde för att identifiera hur många unga, vuxna och gamla stjärnor är närvarande. De riktade stjärnor till ett avstånd av 200 ljusår, som är relativt nära med tanke på att galaxen är mer än 100, 000 ljusår i diameter. Ett ljusår är hur långt ljus kan färdas på ett år. Detta är längre än den traditionella horisonten för den region i rymden som kallas "solområdet, " vilket är cirka 80 ljusår i radie.

"Anledningen till att min horisont är mer avlägsen är att det inte finns många pensionärer (gamla stjärnor) i vårt solområde, " sa Dr Wei-Chun Jao, huvudförfattare till studien och forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Georgia State. "Det finns gott om vuxna stjärnor i vårt solområde, men det finns inte många pensionärer, så vi måste nå längre bort i galaxen för att hitta dem."

Astronomerna observerade först stjärnorna under många år med det 0,9 meter långa teleskopet vid USA:s Cerro Tololo Inter-American Observatory vid foten av de chilenska Anderna. De använde en teknik som kallas astrometri för att mäta stjärnornas positioner och kunde bestämma stjärnornas rörelser över himlen, deras avstånd och om varje stjärna hade en dold följeslagare som kretsade runt den.

Teamets arbete ökade den kända populationen av gamla stjärnor i vårt solområde med 25 procent. Bland de nya underdvärgarna, forskarna upptäckte två gamla binära stjärnor, även om äldre stjärnor vanligtvis visar sig vara ensamma, snarare än i par.

"Jag identifierade två nya möjliga dubbelstjärnor, kallas binärer, " sa Jao. "Det är sällsynt att pensionärer har följeslagare. Gamla människor tenderar att bo själva. Jag använde sedan NASA:s rymdteleskop Hubble för att detektera båda stjärnorna i en av binärerna och mätte avståndet mellan dem, som kommer att tillåta oss att mäta deras massor."

Jao beskrev också två metoder för att identifiera dessa sällsynta gamla stjärnor. En metod använder stjärnornas placering på en grundläggande karta över stjärnastronomi som kallas Hertzsprung-Russell (H-R) diagrammet. Detta är en klassisk teknik som placerar de gamla stjärnorna under sekvensen av dvärgstjärnor som solen på H-R-diagrammet, därav namnet "underdvärgar".

Författarna tittade sedan noggrant på en speciell egenskap hos kända subdvärgstjärnor - hur snabbt de rör sig över himlen.

"Varje stjärna rör sig över himlen, " Sade Jao. "De ligger inte stilla. De rör sig i tre dimensioner, med några stjärnor som rör sig direkt mot eller bort från oss, men de flesta rör sig tangentiellt över himlen. I min forskning, Jag har upptäckt att om en stjärna har en tangentiell hastighet snabbare än 200 kilometer per sekund, det måste vara gammalt. Så, baserat på deras rörelser i vår galax, Jag kan utvärdera om en stjärna är en gammal underdvärg eller inte. I allmänhet, ju äldre en stjärna är, ju snabbare den rör sig."

De tillämpade den tangentiella hastighetsgränsen och jämförde stjärnor i subdvärgområdet i H-R-diagrammet med andra befintliga stjärndatabaser för att identifiera ytterligare 29 tidigare oidentifierade gamla stjärnkandidater.

Under 2018, resultat från Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag, som mäter exakta positioner och avstånd för miljontals stjärnor i Vintergatan, kommer att göra det mycket lättare för astronomer att hitta äldre stjärnor. Att bestämma stjärnornas avstånd är nu mycket arbetskrävande och kräver mycket teleskoptid och tålamod. Eftersom Gaia-uppdraget kommer att ge en mycket större urvalsstorlek, Jao säger att det begränsade urvalet av subdvärgar kommer att växa, och den sällsynta av dessa sällsynta stjärnor – binära subdvärgar – kommer att avslöjas.

Att hitta gamla stjärnor kan också leda till upptäckten av nya planeter, sa Jao.

"Kanske kan vi hitta några gamla civilisationer runt dessa gamla stjärnor, "Sade Jao. "Kanske har dessa stjärnor några planeter runt sig som vi inte känner till."