1993: Via Láctea sofreu surto de formação estelar há 2 a 3 mil milhões de anos

A região de formação estelar Rho Ophiuchi, observada pelo satélite Gaia da ESA. Os pontos brilhantes são enxames estelares que contêm as estrelas mais massivas e jovens da região. Os filamentos escuros traçam a distribuição do gás e da poeira, onde estão a nascer novas estrelas. Esta não é uma fotografia convencional, mas o resultado da integração de toda a radiação recebida pelo satélite durante os 22 meses de estudo contínuo do céu.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Uma equipa liderada por investigadores do Instituto de Ciências do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB) e do Observatório Astronómico de Besançon (França) descobriu, através da análise de dados do satélite Gaia, que ocorreu, há 2 a 3 mil milhões de anos, um surto extremo de formação estelar na Via Láctea. Neste processo podem ter nascido mais de 50% das estrelas que criaram o disco galáctico. Os resultados são derivados da combinação das distâncias, cores e magnitudes das estrelas medidas pelo Gaia com modelos que prevêem a sua distribuição na nossa Galáxia. O estudo foi aceite para publicação na revista Astronomy & Astrophysics.

Assim como uma chama se apaga quando não há gás no isqueiro, o ritmo da formação estelar na Via Láctea, alimentado pelo gás aí depositado, deveria ter diminuído lentamente e de forma contínua até esgotar o gás existente. Os resultados do estudo mostram que, embora este processo tenha ocorrido ao longo dos primeiros 4 mil milhões de anos da formação do disco, uma explosão de formação estelar, ou “baby boom estelar”, inverteu esta tendência. A fusão com uma galáxia satélite da Via Láctea, rica em gás, pode ter fornecido novo combustível e reactivado o processo de formação estelar, de forma semelhante a abastecer o isqueiro. Este mecanismo explicaria a distribuição das distâncias, idades e massas estimadas a partir dos dados obtidos pelo satélite Gaia da ESA.

“A escala de tempo deste forte surto de formação estelar, juntamente com a grande quantidade de massa estelar envolvida no processo, milhares de milhões de massas solares, sugere que o disco da nossa Galáxia não teve uma evolução estável e pausada, mas que pode ter sofrido um grande distúrbio externo que começou há cerca de 5 mil milhões de anos”, disse Roger Mor, investigador do Instituto e autor principal do artigo.

“Conseguimos descobrir isto, pela primeira vez, graças às medições precisas de mais de 3 milhões de estrelas na vizinhança solar,” diz Roger Mor. “Graças a estes dados – continua – pudemos descobrir os mecanismos que controlam a evolução há mais de 10 mil milhões de anos no disco da nossa Galáxia, que não é mais do que a banda brilhante que observamos no céu numa noite escura e sem poluição luminosa”. Como em muitos outros campos de investigação, hoje em dia, estes achados foram possíveis graças à disponibilidade da combinação de uma grande quantidade de dados com precisão sem precedentes, com a disponibilidade de uma grande quantidade de horas de computação nas instalações financiadas pelo projecto europeu FP7 GENIUS (Gaia European Project for Improved data User Services) – no Centro de Serviços Científicos e Académicos da Catalunha.

Os modelos cosmológicos prevêem que a nossa Galáxia teria crescido devido à fusão com outras galáxias, facto demonstrado por outros estudos que usam dados do Gaia. Uma destas fusões pode ser a causa do surto severo de formação estelar detectado neste estudo. “Na verdade, o pico de formação estelar é tão evidente, ao contrário do que previmos antes de termos dados do Gaia, que achámos necessário abordar a sua interpretação juntamente com especialistas em evolução cosmológica de galáxias externas,” explica Francesca Figuerars, professora do Departamento de Física Quântica e Astrofísica da Universidade de Barcelona, membro do ICUUB e co-autora do artigo.

Segundo o especialista em simulações de galáxias parecidas à Via Láctea, Santi Roca-Fàbrega – da Universidade Complutense de Madrid e co-autor do artigo, “os resultados obtidos correspondem aos que os modelos cosmológicos actuais prevêem e, além disso, a nossa Galáxia, aos olhos do Gaia, é um laboratório cosmológico excelente onde podemos testar e comparar modelos do Universo a uma muito maior escala.”

Missão Gaia até 2020

Este estudo foi realizado com a segunda divulgação de dados da missão Gaia, publicada há um ano, no dia 25 de Abril de 2018. Xavier Luri, director do ICUUB e co-autor do artigo, comenta: “o papel dos cientistas e engenheiros da Universidade de Barcelona tem sido essencial para que a comunidade científica desfrute da excelente qualidade da divulgação de dados do Gaia.”

Do consórcio encarregado de preparar e validar estes dados fazem parte mais de 400 cientistas e engenheiros de toda a Europa. “O seu trabalho colectivo forneceu à comunidade científica internacional um catálogo que está a fazer repensar muitos dos cenários existentes sobre a origem e evolução da nossa Galáxia,” salienta Luri.

Em apenas um ano, mais de 1200 artigos revistos por pares publicados em revistas científicas, mostram o antes e o depois do Gaia em praticamente todos os campos da astrofísica, desde a recente detecção de novos enxames estelares, novos asteróides, até à confirmação das origens extra-galácticas para estrelas na Via Láctea, passando pelo cálculo da massa da Via Láctea e pelas descobertas que mostram que remanescentes estelares, chamados anãs brancas, acabam por solidificar-se lentamente.

“O satélite continua a operar normalmente e neste mês de Julho os cinco meses nominais de operação científica chegarão ao fim,” realça Carme Jordi, investigadora da Universidade de Barcelona e membro da Equipa Científica do Gaia, órgão consultor científico da ESA para esta missão. A ESA aprovou o prolongamento da missão até ao final de 2020 – mais um ano do que o esperado – e as equipas de engenharia estimam que exista combustível suficiente para continuar a operar até 2024. “Não há dúvida que esta missão superou um desafio tecnológico sem precedentes no que toca às mais importantes missões espaciais de todos os tempos,” conclui Carme Jordi.

Astronomia On-line
14 de Maio de 2019



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1763: Formação estelar e poeira de estrelas antigas

Imagem do ALMA e do Telescópio Espacial Hubble da galáxia distante MACS0416_Y1. A distribuição da poeira e do oxigénio gasoso traçada pelo ALMA tem tons avermelhados e esverdeados, respectivamente, enquanto a distribuição das estrelas captada pelo Hubble está a azul.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, Tamura et al.

Investigadores detectaram um sinal de rádio de poeira interestelar abundante em MACS0416_Y1, uma galáxia a 13,2 mil milhões de anos-luz de distância na direcção da constelação de Erídano. Os modelos-padrão não conseguem explicar tanta poeira numa galáxia tão jovem, forçando-nos a reconsiderar a história da formação estelar. Os cientistas agora pensam que MACS0416_Y1 sofreu uma formação estelar escalonada, com dois períodos intensos 300 milhões e 600 milhões de anos após o Big Bang, e com uma fase calma entre eles.

As estrelas são os principais intervenientes no Universo, mas são apoiadas pelas mãos invisíveis dos bastidores: a poeira estelar e o gás. As nuvens cósmicas de poeira e gás são os locais de formação estelar e magistrais contadores da história cósmica.

“A poeira e os elementos relativamente pesados, como oxigénio, são disseminados pela morte das estrelas,” disse Yoichi Tamura, professor associado da Universidade de Nagoya e autor principal do artigo científico. “Portanto, uma detecção de poeira em determinado momento indica que um número de estrelas já se formou e morreu bem antes desse ponto.”

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), Tamura e a sua equipa observaram a galáxia distante MACS0416_Y1. Dada a velocidade finita da luz, as ondas de rádio que observamos hoje nesta galáxia tiveram que viajar durante 13,2 mil milhões de anos para chegar até nós. Por outras palavras, fornecem uma imagem do aspecto da galáxia há 13,2 mil milhões de anos, apenas 600 milhões de anos após o Big Bang.

Os astrónomos detectaram um sinal fraco, mas revelador, de emissões de rádio de partículas de poeira em MACS0416_Y1. O Telescópio Espacial Hubble, o Telescópio Espacial Spitzer e o VLT (Very Large Telescope) do ESO observaram a luz das estrelas da galáxia; e da sua cor estimam que a idade estelar seja de 4 milhões de anos.

“Não é fácil,” realça Tamura. “A poeira é demasiado abundante para ter sido formada em 4 milhões de anos. É surpreendente, mas precisamos de ter os pés assentes na terra. As estrelas mais antigas podem estar escondidas na galáxia, ou podem já ter morrido e desaparecido.”

“Já foram propostas várias ideias para superar esta crise orçamentária de poeira,” disse Ken Mawatari, investigador da Universidade de Tóquio. “No entanto, nenhuma é conclusiva. Fizemos um novo modelo que não precisa de suposições extremas divergentes do conhecimento da vida das estrelas no Universo de hoje. O modelo explica bem tanto a cor da galáxia como a quantidade de poeira.” Neste modelo, o primeiro surto de formação estelar começou aos 300 milhões de anos e durou 100 milhões de anos. Depois, a formação estelar acalmou durante algum tempo e recomeçou aos 600 milhões de anos. Os investigadores pensam que o ALMA observou esta galáxia no início da sua segunda geração de formação estelar.

“A poeira é um material crucial para planetas como a Terra,” explica Tamura. “O nosso resultado é um passo importante para entender o início da história do Universo e a origem da poeira.”

Astronomia On-line
26 de Março de 2019

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1478: O que 100.000 fábricas estelares em 74 galáxias nos contam sobre a formação estelar em todo o Universo

Seis imagens obtidas pelo ALMA de uma colecção de 74. Fazem parte do levantamento PHANGS-ALMA, que tem o objectivo de estudar as propriedades das nuvens de formação estelar em galáxias de disco.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

As galáxias têm uma ampla variedade de formas e tamanhos. No entanto, algumas das diferenças mais significativas entre as galáxias dizem respeito a onde e como formam novas estrelas. As investigações convincentes para explicar essas diferenças têm sido elusivas, mas isso está prestes a mudar. O ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) está a levar a cabo um levantamento sem precedentes de galáxias de disco próximas com o objectivo de estudar os seus berçários estelares. Com ele, os astrónomos estão a começar a desvendar a relação complexa e ainda pouco entendida entre as nuvens de formação estelar e as suas galáxias hospedeiras.

Um novo e vasto projecto de investigação com o ALMA, conhecido como PHANGS-ALMA (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS), debruça-se sobre esta questão com muito mais poder e precisão do que nunca, medindo a demografia e as características de uns impressionantes 100.000 berçários estelares individuais espalhados por 74 galáxias.

A campanha de pesquisa PHANGS-ALMA, sem precedentes, já acumulou um total de 750 horas de observações e deu aos astrónomos uma compreensão muito mais clara de como o ciclo de formação estelar muda, dependendo do tamanho, idade e dinâmica interna de cada galáxia individual. Esta campanha é dez a cem vezes mais poderosa (dependendo dos parâmetros) do que qualquer outro levantamento anterior do género.

“Algumas galáxias produzem furiosamente novas estrelas, enquanto outras já consumiram a maior parte do seu combustível para a formação estelar. A origem desta diversidade pode muito provavelmente estar nas propriedades dos próprios berçários estelares,” comenta Erik Rosolowsky, astrónomo da Universidade de Alberta no Canadá e um dos principais investigadores da equipa de investigação do levantamento PHANGS-ALMA.

Rosolowsky apresentou os achados iniciais da investigação na 233.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana, que teve lugar a semana passada em Seattle, Washington, EUA. Vários artigos baseados nesta campanha também foram publicados nas revistas The Astrophysical Journal e The Astrophysical Journal Letters.

“As observações anteriores com as gerações anteriores de radiotelescópios fornecem algumas informações cruciais sobre a natureza dos berçários estelares densos e frios,” disse Rosolowsky. “No entanto, estas observações carecem de sensibilidade, de resolução e de poder para estudar a grande diversidade dos berçários estelares em toda a população de galáxias locais. Isto limitou seriamente a nossa capacidade para relacionar o comportamento ou propriedades dos berçários estelares individuais com as propriedades das galáxias em que residem.”

Durante décadas, os astrónomos especularam que existem diferenças fundamentais na forma como as galáxias de disco com vários tamanhos convertem o hidrogénio em novas estrelas. Alguns astrónomos teorizam que galáxias maiores e geralmente mais velhas não são tão eficientes na produção estelar quanto as suas primas mais pequenas. A explicação mais lógica seria que essas grandes galáxias têm berçários estelares menos eficientes. Mas tem sido difícil testar esta ideia com observações.

Pela primeira vez, o ALMA está a permitir com que os astrónomos realizem o censo abrangente necessário para determinar como as propriedades de grande escala (tamanho, movimento, etc.) de uma galáxia influenciam o ciclo de formação estelar à escala de nuvens moleculares individuais. Estas nuvens têm apenas algumas dezenas a centenas de anos-luz de tamanho, o que é fenomenalmente pequeno à escala de uma galáxia inteira, especialmente quando vista a milhões de anos-luz de distância.

“As estrelas formam-se de modo mais eficiente em algumas galáxias do que noutras, mas a falta de observações em alta resolução e à escala das nuvens fez com que as nossas teorias não fossem bem testadas, razão pela qual estas observações do ALMA são tão críticas,” explica Adam Leroy, astrónomo da Universidade Estatal do Ohio e co-investigador principal da equipa PHANGS-ALMA.

Parte do mistério da formação estelar, realçam os astrónomos, tem a ver com o meio interestelar – toda a matéria e energia que preenche o espaço entre as estrelas.

Os astrónomos entendem que existe um ciclo de feedback contínuo no interior e em redor dos berçários estelares. Dentro destas nuvens, regiões de gás denso colapsam e formam estrelas, o que perturba o meio interestelar.

“De facto, a comparação entre as observações iniciais do PHANGS e as posições das estrelas recém-formadas mostra que estas destroem rapidamente as suas nuvens natais,” acrescenta Rosolowsky. “A equipa PHANGS está a estudar como esta perturbação tem lugar em diferentes tipos de galáxias, o que pode ser um factor-chave na formação estelar.”

Para esta investigação, o ALMA está a observar moléculas de monóxido de carbono (CO) em todas as galáxias espirais relativamente massivas, vistas geralmente de face, visíveis do hemisfério sul. As moléculas de CO emitem naturalmente luz em comprimentos de onda milimétricos que o ALMA pode detectar. São particularmente eficazes em destacar a localização de nuvens de formação estelar.

“O ALMA é uma máquina incrivelmente eficiente a mapear monóxido de carbono em grandes áreas de galáxias próximas,” salienta Leroy. “Foi capaz de realizar este levantamento graças ao poder combinado das antenas de 12 metros, que estudam características de escala fina, e às antenas mais pequenas de 7 metros, no centro do complexo, sensíveis a características de grande escala, essencialmente preenchendo as lacunas.”

Um estudo complementar, PHANGS-MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer), está a usar o VLT (Very Large Telescope) para obter imagens ópticas das primeiras 19 galáxias observadas pelo ALMA. Ainda outro levantamento, PHANGS-HST, usa o Telescópio Espacial Hubble para estudar 38 destas galáxias e para encontrar os seus mais jovens enxames estelares. Juntos, estes três levantamentos fornecem uma imagem surpreendentemente completa de quão eficazmente as galáxias produzem estrelas ao estudar o gás molecular frio, o seu movimento, a localização de gás ionizado (regiões onde as estrelas já estão a ser formadas) e as populações estelares completas das galáxias.

“Em astronomia, não temos capacidade para observar o cosmos a mudar ao longo do tempo; as escalas de tempo simplesmente superam avassaladoramente a existência humana,” diz Rosolowsky. “Não podemos observar um objecto para todo o sempre, mas podemos observar centenas de milhares de nuvens de formação estelar em galáxias de diferentes tamanhos e idades para inferir como a evolução galáctica funciona. Esse é o valor real da campanha PHANGS-ALMA.”

“Também analisamos milhares a dezenas de milhares de regiões de formação estelar dentro de cada galáxia, capturando-as ao longo do seu ciclo de vida. Isto permite-nos construir uma imagem do nascimento e da morte dos berçários estelares nas galáxias, algo quase impossível antes do ALMA,” acrescenta Leroy.

Até agora, o PHANGS-ALMA estudou aproximadamente 100.000 objectos semelhantes à Nebulosa de Orionte no Universo próximo. Espera-se que a campanha acabe eventualmente por observar cerca de 300.000 regiões de formação estelar.

Astronomia On-line
15 de Janeiro de 2019

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