1936: Detectado pela primeira vez um sistema de enxames globulares no disco de uma galáxia

Imagens a cores falsas de M106. A figura combina dados de hidrogénio neutro, obtidos com o WSRT (Westerbrook Synthesis Radio Telescope), a azul, com imagens ópticas obtidas com o CFHT a verde e vermelho. Os círculos amarelos realçam os enxames globulares observados, dispostos num disco que gira em fase e à mesma velocidade que o gás neutro.
Ilustração e design: Divakara Mayya (INAOE)

Um estudo internacional realizado com o instrumento OSIRIS acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias) descobriu, na galáxia espiral Messier 106, um sistema de enxames globulares cuja distribuição e movimento invulgares, que estão alinhados com o disco da galáxia e que giram à mesma velocidade, mostram que pode ser uma relíquia da época de máxima formação estelar no Universo, o “meio-dia cósmico”. Os resultados foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

Os enxames globulares têm entre cem mil e um milhão de estrelas, cujos componentes são aproximadamente da mesma idade e têm uma composição química semelhante. São objectos muito antigos, formados há cerca de 11,5 mil milhões de anos, 2,3 mil milhões de anos após o Big Bang. Estes enxames podem normalmente ser encontrados em galáxias grandes, nos seus halos, distribuídos esfericamente em torno dos seus centros.

Uma investigação internacional, liderada por um grupo da Universidade Nacional Autónoma do México e realizada com o instrumento OSIRIS do Gran Telescopio Canarias (GTC), descobriu na galáxia espiral Messier 106 (também conhecida como M106 ou NGC 4258) enxames globulares que, em vez de estarem distribuídos numa esfera, parecem estar dispostos num disco alinhado com o disco de gás da galáxia e a girar aproximadamente à mesma velocidade neste disco.

“Nunca vimos isto antes, é uma daquelas descobertas totalmente inesperadas e surpreendentes que ocorrem na ciência,” explica Rosa Amelia González-Lópezlira, investigadora do Instituto de Radioastronomia e Astrofísica da mesma universidade mexicana, que liderou este trabalho. “A maneira como estes enxames se movem, e a sua distribuição, é semelhante aos discos de galáxias durante o período de máxima formação estelar, há cerca de 10 mil milhões de anos atrás, no que é conhecido como ‘meio-dia cósmico’, de modo que pensamos que o disco de enxames em M106 possa ser um remanescente daquela época.”

O poder do GTC e do OSIRIS

Os dados obtidos com o instrumento OSIRIS, acoplado ao GTC no observatório Roque de los Muchachos, foram de importância extrema, sobretudo para confirmar os candidatos a enxames globulares e para distingui-los de outras fontes pontuais aparentes como estrelas e galáxias distantes. Para fazer isso, é necessário obter espectros para mostrar que cada enxame tem uma população coesa de estrelas antigas e que realmente pertence à galáxia em estudo.

Para Divakara Mayya, investigador do INAOE (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica), no México, e segundo autor do artigo, “as observações do GTC e do OSIRIS são essenciais para o sucesso do estudo, dado que os objectos estão bem distantes e requerem exposições de mais de uma hora com o maior telescópio óptico-infravermelho do mundo a fim de extrair as informações relevantes dos espectros”.

O instrumento OSIRIS (Optical System for Imaging and low-Intermediate-Resolution Integrated Spectroscopy) é um espectrógrafo multi-objecto construído no IAC (Instituto de Astrofísicas das Canárias) em colaboração com o México, que é capaz de observar vários objectos de cada vez. “Ter esta capacidade de multiplexação, a de obter vários espectros simultaneamente, é fundamental para este tipo de estudo, e está disponível em três dos actuais instrumentos do GTC, abrangendo o óptico e o infravermelho,” explica Antonio Cabrera, chefe de operações científicas no GTC. Para este trabalho, foram observados, em dois campos, 23 enxames globulares candidatos.

Este artigo é um resultado de um projecto mais amplo que estudará os sistemas de enxames globulares em nove galáxias espirais num raio de 52 milhões de anos-luz, a fim de examinar a relação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central nas galáxias espirais. “Esta relação é muito forte para galáxias elípticas, mas não é tão clara para galáxias espirais, como a Via Láctea,” comenta a cientista Lópezlira. “As nove galáxias que planeamos estudar têm boas estimativas de massas para os seus buracos negros centrais e ficam a distâncias onde podemos fazer bons estudos dos seus enxames globulares.”

Este estudo recente confirma que existe uma correlação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central de M106 e confirma a precisão do método fotométrico usado no GTC. “Os estudos deste tipo, em mais galáxias espirais, podem esclarecer o papel das diferentes hipóteses propostas para a construção das galáxias, dos enxames globulares e dos buracos negros centrais,” conclui a autora principal do artigo.

Astronomia On-line
7 de Maio de 2019

 

1856: Hubble espreita aglomerado cósmico azul

Imagem do enxame M3, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble.
Crédito: ESA/Hubble & NASA, G. Piotto et al.

Os enxames globulares são objectos inerentemente belos, mas o alvo desta imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, Messier 3, é frequentemente reconhecido como um dos mais esplêndidos de todos.

Contendo, incrivelmente, meio milhão de estrelas, este aglomerado cósmico com 8 mil milhões de anos é um dos mais brilhantes e maiores enxames globulares já descobertos. No entanto, o que torna Messier 3 ainda mais especial é a sua população invulgarmente grande de estrelas variáveis – estrelas cujo brilho flutua ao longo do tempo. Continuam a ser descobertas, até hoje, novas estrelas variáveis neste ninho estelar, mas até agora conhecemos 274, o maior número encontrado, de longe, em qualquer enxame globular. Pelo menos 170 delas são de uma variedade especial chamada variáveis RR Lyrae, que pulsam com um período directamente relacionado com o seu brilho intrínseco. Se os astrónomos souberem quão brilhante uma estrela realmente é, com base na sua massa e classificação, e souberem quão brilhante parece ser do nosso ponto de vista da Terra, podem determinar a sua distância. Por esta razão, as estrelas RR Lyrae são conhecidas como “velas padrão” – objectos de luminosidade conhecida cuja distância e posição podem ser usadas para ajudar a entender mais sobre as vastas distâncias celestes e sobre a escala do cosmos.

Messier 3 também contém um número relativamente elevado das chamadas “blue stragglers”, estrelas retardatárias azuis, que podem ser claramente vistas nesta imagem do Hubble. Estas são estrelas azuis de sequência principal que parecem ser jovens porque são mais azuis e luminosas do que as outras estrelas do grupo. Dado que se pensa que todas as estrelas nos enxames globulares nasceram juntas e, portanto, têm aproximadamente a mesma idade, só uma diferença na massa pode dar a essas estrelas uma cor diferente. Uma estrela vermelha e antiga pode parecer mais azul quando adquire mais massa, por exemplo, removendo-a de uma estrela próxima. A massa extra transforma-a numa estrela mais azul, o que nos faz pensar que é mais nova do que realmente é.

Astronomia On-line
16 de Abril de 2019

 

1372: Hubble encontra milhares de enxames globulares espalhados entre galáxias

Mosaico do gigantesco enxame de Coma, que tem mais de 1000 galáxias, localizado a 300 milhões de anos-luz da Terra. A incrível nitidez do Hubble foi usada para fazer um censo compreensivo dos mais pequenos membros do enxame: 22.426 enxames globulares.
Crédito: NASA, ESA, J. Mack (STScI) e J. Madrid (ATNF)

Olhando através de 300 milhões de anos-luz para uma cidade monstruosa de galáxias, os astrónomos usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para fazer um censo abrangente de alguns dos seus membros mais pequenos: 22.426 enxames globulares encontrados até à data.

O levantamento, publicado na edição de 9 de Novembro da revista The Astrophysical Journal, permitirá aos astrónomos usar o campo de enxames globulares para mapear a distribuição de matéria e matéria escura no enxame galáctico de Coma, que contém mais de 1000 galáxias.

Dado que os enxames globulares são muito mais pequenos que galáxias inteiras – e muito mais abundantes – são um muito melhor indício de como a estrutura do espaço é distorcida pela gravidade do enxame de Coma. De facto, o enxame de Coma é um dos primeiros lugares onde as anomalias gravitacionais observadas foram consideradas indicativas de uma grande quantidade de massa invisível no Universo – que depois seria chamada de “matéria escura”.

Entre os primeiros “lares” do Universo, os enxames globulares são “ilhas” em forma de globo de neve com várias centenas de milhares de estrelas antigas. São parte integrante do nascimento e crescimento de uma galáxia. Existem cerca de 150 na nossa Galáxia e, dado que contêm as estrelas mais antigas conhecidas do Universo, estavam presentes nos primeiros anos de formação da Via Láctea.

Alguns dos enxames globulares da Via Láctea são visíveis a olho nu como “estrelas” de aparência difusa. Mas, à distância do enxame de Coma, os seus enxames globulares aparecem como pontos de luz até mesmo para a visão super-nítida do Hubble. O levantamento encontrou os enxames globulares espalhados no espaço entre as galáxias. Ficaram órfãos das suas galáxias hospedeiras devido a colisões galácticas no interior deste denso aglomerado de galáxias. O Hubble revelou que alguns dos enxames globulares alinham-se como padrões semelhantes a pontes. Esta é uma evidência reveladora de interacções entre as galáxias, onde se puxam gravitacionalmente umas às outras.

O astrónomo Juan Madrid do ATNF (Australian Telescope National Facility) em Sydney, Austrália, pensou sobre a distribuição dos enxames globulares em Coma quando examinava imagens do Hubble que mostravam enxames globulares que se estendiam até à orla de qualquer fotografia de galáxias no aglomerado galáctico de Coma.

Ele estava ansioso por obter mais dados de um dos levantamentos do legado Hubble que foi projectado para recolher dados de todo o enxame de Coma, de nome “Coma Cluster Treasury Survey”. No entanto, a meio do programa, em 2006, o poderoso instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble teve uma falha electrónica (O ACS foi posteriormente reparado por astronautas durante uma missão de manutenção do Hubble em 2009).

Para preencher as lacunas do levantamento, Madrid e a sua equipa obtiveram arduamente várias imagens do enxame galáctico, pelo Hubble, a partir de diferentes programas de observação do telescópio espacial. Estas são armazenadas no Arquivo Mikulski do STScI (Space Telescope Science Institute) para Telescópios Espaciais em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. Ele compôs um mosaico da região central do enxame, trabalhando com alunos do programa estudantil do NSF (National Science Foundation). “Este programa dá uma oportunidade aos alunos universitários, com pouca ou nenhuma experiência em astronomia, de ganhar experiência no campo,” comenta Madrid.

A equipa desenvolveu algoritmos para filtrar as imagens do mosaico Coma que tivessem pelo menos 100.000 fontes potenciais. O programa usou a cor dos enxames globulares (dominados pelo brilho das estrelas vermelhas envelhecidas) e a forma esférica para eliminar objectos estranhos – principalmente galáxias de fundo não associadas com o enxame de Coma.

Embora o Hubble tenha excelentes detectores com sensibilidade e resolução inigualáveis, a sua principal desvantagem é que têm campos de visão minúsculos. “Um dos aspectos mais interessante da nossa investigação é que mostra a incrível ciência que será possível com o planeado WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) da NASA, que terá um campo de visão muito maior que o Hubble,” comenta Madrid. “Seremos capazes de visualizar enxames galácticos inteiros de uma só vez.”

Astronomia On-line
4 de Dezembro de 2018

 

630: OS ENXAMES GLOBULARES PODEM SER 4 MIL MILHÕES DE ANOS MAIS JOVENS DO QUE SE PENSAVA

Evolução de um sistema binário no interior de um enxame globular.
Crédito: Mark A. Garlick/Universidade de Warwick

Segundo uma nova pesquisa liderada pela Universidade de Warwick, os enxames globulares podem ser até 4 mil milhões de anos mais jovens do que se pensava.

Compostos por centenas de milhares de estrelas densamente agrupadas numa esfera compacta, os aglomerados globulares eram considerados quase tão antigos quanto o próprio Universo – mas, graças a modelos de investigação recentemente desenvolvidos, foi demonstrado que podem ter 9 mil milhões de anos em vez de 13 mil milhões.

A descoberta põe em questão as teorias actuais sobre como as galáxias, incluindo a Via Láctea, foram formadas, pois os enxames globulares eram considerados quase tão antigos quanto o próprio Universo. Pensa-se que existam, só na nossa Galáxia, entre 150 e 180 enxames globulares.

Projectados para reconsiderar a evolução das estrelas, os novos modelos BPASS (Binary Population and Spectral Synthesis) levam em conta os detalhes da evolução de estrelas binárias dentro do enxame globular e são usados para explorar as cores da luz das antigas populações de estrelas duplas – bem como os traços de elementos químicos vistos nos seus espectros.

O processo evolucionário vê duas estrelas a interagir num sistema binário, onde uma se expande para gigante enquanto a força gravitacional da estrela mais pequena remove a sua atmosfera, composta por hidrogénio e hélio, entre outros elementos. Pensa-se que estas estrelas se formaram ao mesmo tempo que o próprio enxame.

Usando os modelos BPASS e calculando a idade dos sistemas estelares binários, os cientistas foram capazes de demonstrar que o enxame globular do qual fazem parte não era tão antigo quanto outros modelos sugeriram.

Os modelos BPASS, desenvolvidos em colaboração com o Dr. JJ Eldridge da Universidade de Auckland, já se haviam mostrado eficazes na exploração das propriedades de populações estelares jovens em ambientes que vão desde a nossa Via Láctea até ao limite do Universo.

Discutindo os modelos BPASS e as suas descobertas, a Dra. Elizabeth Stanway, do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Warwick, investigadora principal destes achados, comenta:

“A determinação das idades das estrelas esteve sempre dependente da comparação das observações com os modelos que encapsulam a nossa compreensão de como as estrelas se formam e evoluem. Essa compreensão tem mudado ao longo do tempo e estamos cada vez mais conscientes dos efeitos da multiplicidade estelar – as interacções entre as estrelas e as suas companheiras binárias e terciárias.”

A Dra. Stanway sugere que as descobertas deste estudo apontam para novas avenidas de investigação sobre como as galáxias massivas e as estrelas aí contidas se formam:

“É importante notar que ainda há muito trabalho a fazer – em particular, olhar para os sistemas muito próximos, onde podemos resolver estrelas individuais em vez de apenas considerar a luz integrada de um enxame – mas este é um resultado interessante e intrigante.

“A ser verdade, muda a nossa imagem dos estágios iniciais da evolução das galáxias e o local onde as estrelas que acabaram nas galáxias massivas de hoje, como a Via Láctea, podem ter-se formado. O nosso objectivo é continuar esta investigação, explorando tanto as melhorias na modelagem como as previsões observáveis que delas podem surgir.”

O artigo científico foi aceite para publicação pela revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.

Astronomia On-line
8 de Junho de 2018

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