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329: Astrónomos descobrem pela primeira vez um disco em torno de uma estrela doutra galáxia

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // ESTRELAS

Numa descoberta notável, os astrónomos encontraram um disco em torno de uma estrela jovem na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da nossa.

Trata-se da primeira vez que um disco deste tipo, idêntico aos que formam planetas na nossa Via Láctea, é encontrado fora da nossa Galáxia. As novas observações revelam uma estrela jovem de grande massa a crescer e a acumular matéria do meio que a envolve, dando assim origem a um disco em rotação. Esta detecção foi feita com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile, do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro.

“Quando vi pela primeira vez evidências de uma estrutura rotativa nos dados do ALMA, nem queria acreditar que tínhamos detectado o primeiro disco de acreção extra-galáctico, foi mesmo um momento especial“, disse Anna McLeod, professora associada da Universidade de Durham, no Reino Unido, e autora principal do estudo publicado hoje na revista Nature.

“Sabemos que os discos são vitais para a formação de estrelas e planetas na nossa Galáxia e, pela primeira vez, temos agora provas directas da ocorrência do mesmo fenómeno noutra galáxia.”

Este estudo surge na seguimento de observações com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do Very Large Telescope (VLT) do ESO, que detectou um jato lançado por uma estrela em formação — o sistema foi designado HH 1177 — no interior de uma nuvem de gás na Grande Nuvem de Magalhães.

“Descobrimos um jacto a ser lançado por esta estrela jovem de grande massa, o que é um sinal da existência de um disco de acreção em formação“, explicou McLeod. No entanto, para ter a prova irrefutável de que este disco estava de facto presente, a equipa teve que medir o movimento do gás denso em torno da estrela.

Quando a matéria é atraída por uma estrela em crescimento, não cai directamente sobre ela; em vez disso, achata-se num disco que gira em torno da estrela. Mais perto do centro, o disco roda mais depressa, e esta diferença de velocidade é a pista que assinala aos astrónomos a existência de um disco de acreção.

“A frequência da radiação varia consoante a velocidade a que o gás que emite essa radiação se move em direcção a nós ou na direcção oposta“, explica Jonathan Henshaw, investigador da Universidade John Moores de Liverpool, no Reino Unido, e co-autor deste estudo.

“Trata-se exactamente do mesmo fenómeno que ocorre quando o tom da sirene de uma ambulância muda ao passar por nós e a frequência do som muda de mais alta para mais baixa.”

As medições de frequência detalhadas de que o ALMA é capaz permitiram aos autores distinguir a rotação característica de um disco, confirmando a primeira detecção de um disco em torno de uma estrela extra-galáctica jovem.

As estrelas de grande massa, como a que foi aqui observada, formam-se muito mais rapidamente e têm vidas muito mais curtas do que as estrelas de pequena massa, como é o caso do nosso Sol.

Na nossa Galáxia, estas estrelas massivas são notoriamente difíceis de observar, estando frequentemente obscurecidas pelo material poeirento a partir do qual se formaram na altura em que um disco se está a formar à sua volta.

No entanto, na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia situada a 160 000 anos-luz de distância da Terra, o material a partir do qual se estão a formar novas estrelas é fundamentalmente diferente do da Via Láctea.

Graças à  menor quantidade de poeira aí presente, a HH 1177 já não está envolvida no seu casulo natal, oferecendo, por isso, aos astrónomos uma visão desobstruída, ainda que distante, da formação de estrelas e planetas.

“Estamos numa era de rápidos avanços tecnológicos no que concerne as instalações astronómicas“, conclui McLeod. “Ser capaz de estudar como é que as estrelas se formam a distâncias tão incríveis e numa galáxia diferente é realmente muito entusiasmante.”

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito num artigo científico intitulado “A likely Keplerian disk feeding an optically revealed massive young star” publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06790-2). O disco foi descoberto numa região da Grande Nuvem de Magalhães denominada LHA 120-N 180B, a qual foi alvo de uma nota de imprensa anterior do ESO intitulada “Bolhas de estrelas recém nascidas”.

A equipa é composta por: A. F. McLeod (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Reino Unido; Institute for Computational Cosmology, Department of Physics, University of Durham, Reino Unido), P. D. Klaassen (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Reino Unido), M. Reiter (Department of Physics and Astronomy, Rice University, EUA), J. Henshaw (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Reino Unido; Instituto Max Planck de Astronomia, Alemanha), R. Kuiper (Faculdade de Física, Universidade de Duisburg-Essen, Alemanha) e A. Ginsburg (Department of Astronomy, University of Florida, EUA).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, surge no âmbito de uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e o Conselho Nacional de Cragiência e Tecnologia da Taiwan e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Taiwan e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI). A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte; e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório Conjunto ALMA (JAO) fornece uma liderança e gestão unificadas na construção, comissionamento e operação do ALMA.

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

 ESO – European South Observatory
Nota de Imprensa
29 de Novembro de 2023


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308: Uma visão radicalmente nova das galáxias anãs que rodeiam a Via Láctea

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // VIA LÁCTEA

Embora se pense que são, há muito tempo, satélites da nossa Galáxia, um novo estudo revela agora indícios de que a maioria dessas galáxias anãs pode, de facto, ser destruída pouco depois da sua entrada no halo Galáctico. Graças ao mais recente catálogo do satélite Gaia da ESA, uma equipa internacional demonstrou agora que as galáxias anãs podem estar fora de equilíbrio.

O estudo levanta questões importantes sobre o modelo cosmológico padrão, nomeadamente sobre a prevalência da matéria escura no nosso ambiente mais próximo. Há muito que se supõe que as galáxias anãs em torno da Via Láctea são satélites antigos que orbitam a nossa Galáxia há cerca de 10 mil milhões de anos.

Isto obriga-as a conter enormes quantidades de matéria escura para as proteger dos enormes efeitos de maré da atracção gravitacional da nossa Galáxia.

Partiu-se do princípio que a matéria escura causava as grandes diferenças observadas nas velocidades das estrelas dentro destas galáxias anãs.

As galáxias anãs em torno da Via Láctea.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Os últimos dados Gaia revelaram agora uma visão completamente diferente das propriedades das galáxias anãs. Astrónomos do Observatório de Paris, do CNRS (Centre national de la recherche scientifique) e do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam conseguiram datar a história da Via Láctea, graças à relação que liga a energia orbital de um objecto à sua época de entrada no halo, o momento em que foram capturados pela primeira vez pelo campo gravitacional da Via Láctea: os objectos que chegaram mais cedo, quando a Via Láctea era menos massiva, têm energias orbitais mais baixas do que os que chegaram mais recentemente.

As energias orbitais da maioria das galáxias anãs são, surpreendentemente, substancialmente maiores do que a da galáxia anã Sagitário que entrou no halo há 5 a 6 mil milhões de anos. Isto implica que a maioria das galáxias anãs chegou muito mais recentemente, há menos de três mil milhões de anos.

Uma chegada tão recente implica que as anãs próximas vêm de fora do halo, onde se observa que quase todas as galáxias anãs contêm enormes reservatórios de gás neutro.

As galáxias ricas em gás perderam o seu gás quando colidiram com o gás quente do halo Galáctico. A violência dos choques e da turbulência neste processo alterou completamente as galáxias anãs.

Enquanto as galáxias anãs anteriormente ricas em gás eram dominadas pela rotação do gás e das estrelas, quando se transformam em sistemas sem gás a sua gravidade passa a ser equilibrada pelos movimentos aleatórios das estrelas que restam.

As galáxias anãs perdem o seu gás num processo tão violento que as coloca fora de equilíbrio, o que significa que a velocidade a que as suas estrelas se movem já não está em equilíbrio com a sua aceleração gravitacional.

Os efeitos combinados da perda de gás e dos choques gravitacionais devido ao mergulho na Galáxia explicam bem a grande dispersão de velocidades das estrelas no interior da galáxia anã remanescente.

Uma das curiosidades deste estudo é o papel da matéria escura. Em primeiro lugar, a ausência de um equilíbrio impede qualquer estimativa da massa dinâmica das galáxias anãs da Via Láctea e do seu conteúdo de matéria escura.

Em segundo lugar, enquanto no cenário anterior a matéria escura protegia a suposta estabilidade das galáxias anãs, o invocar da matéria escura torna-se bastante estranho para objectos fora de equilíbrio.

De facto, se a anã já contivesse muita matéria escura, esta teria estabilizado o seu disco inicial de estrelas em rotação, impedindo a transformação da anã numa galáxia com movimentos estelares aleatórios, como observado.

A descrição da recente chegada de galáxias anãs e das suas transformações no halo explica bem muitas das propriedades observadas destes objectos, em particular a razão pela qual têm estrelas a grandes distâncias do seu centro.

As suas propriedades parecem compatíveis com a ausência de matéria escura, contrariamente à ideia anterior de que as galáxias anãs são os objectos mais dominados pela matéria escura.

Surgem agora muitas questões, tais como: onde estão as muitas galáxias anãs dominadas por matéria escura que o modo cosmológico padrão espera em torno da Via Láctea?

Como podemos inferir o conteúdo de matéria escura de uma galáxia anã se não se pode assumir o equilíbrio? Que outras observações poderiam distinguir entre as galáxias anãs fora de equilíbrio propostas e o quadro clássico com anãs dominadas por matéria escura?

// Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (comunicado de imprensa)
// Observatório de Paris (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

CCVALG
28 de Novembro de 2023


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307: As galáxias anãs utilizam um período calmo de 10 milhões de anos para formar estrelas

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // GALÁXIAS

Se olharmos para as galáxias massivas repletas de estrelas, podemos pensar que são fábricas de estrelas, produzindo bolas brilhantes de gás. Mas, na verdade, as galáxias anãs menos evoluídas têm regiões maiores de fábricas de estrelas, com taxas mais elevadas de formação estelar.

A astrónoma Sally Oey, da Universidade do Michigan, estudou uma região de formação estelar na galáxia NGC 2366, que é uma típica galáxia irregular anã.
Crédito: Observatório de Calar Alto, J. van Eymeren (AIRUB, ATNF) e Á.R. López-Sánchez (CSIRO/ATNF)

Agora, investigadores da Universidade do Michigan descobriram a razão subjacente a este facto: estas galáxias gozam de um atraso de 10 milhões de anos na expulsão do gás que “atulha” o seu ambiente. As regiões de formação estelar conseguem manter o seu gás e poeira, permitindo que mais estrelas coalesçam e evoluam.

Nestas galáxias anãs relativamente pristinas, as estrelas massivas – estrelas com cerca de 20 a 200 vezes a massa do nosso Sol – colapsam em buracos negros em vez de explodirem como super-novas.

Mas em galáxias mais evoluídas e poluídas, como a nossa Via Láctea, é mais provável que expludam, gerando assim um super-vento colectivo. O gás e a poeira são expulsos da Galáxia e a formação estelar pára rapidamente.

As suas descobertas foram publicadas na revista The Astrophysical Journal.

“Quando as estrelas se tornam super-novas, poluem o seu ambiente produzindo e libertando metais”, disse Michelle Jecmen, primeira autora do estudo e investigadora universitária.

“Argumentamos que em ambientes galácticos com baixa metalicidade – relativamente não poluídos – há um atraso de 10 milhões de anos no início de fortes super-ventos, o que, por sua vez, resulta numa maior formação estelar.”

Os investigadores da Universidade do Michigan apontam para o que se chama o diapasão de Hubble, um diagrama que representa a forma como o astrónomo Edwin Hubble classificou as galáxias.

Na pega do diapasão estão as maiores galáxias. Enormes, redondas e repletas de estrelas, estas galáxias já transformaram todo o seu gás em estrelas.

Ao longo dos dentes do diapasão estão as galáxias espirais que têm gás e regiões de formação estelar ao longo dos seus braços compactos. Na extremidade do diapasão estão as galáxias mais pequenas e menos evoluídas.

“Mas estas galáxias anãs têm regiões de formação estelar realmente peculiares”, disse Sally Oey, astrónoma da Universidade do Michigan, autora principal do estudo.

“Tem havido algumas ideias sobre o porquê disso, mas a descoberta de Michelle fornece uma explicação muito boa: estas galáxias têm dificuldade em parar a sua formação estelar porque não expulsam o seu gás”.

Além disso, este período de 10 milhões de anos de silêncio oferece aos astrónomos a oportunidade de observar cenários semelhantes ao alvorecer cósmico, um período de tempo logo após o Big Bang, disse Jecmen. Nas galáxias anãs, o gás aglomera-se e forma espaços através dos quais a radiação pode escapar.

Este fenómeno anteriormente conhecido é designado por modelo da “cerca de estacas”, com a radiação UV a escapar entre as lacunas da cerca. O atraso explica porque é que o gás teria tido tempo para se aglomerar.

A radiação ultravioleta é importante porque ioniza o hidrogénio – um processo que também ocorreu logo após o Big Bang, fazendo com que o Universo passasse de opaco a transparente.

“Assim, olhar para as galáxias anãs de baixa metalicidade com muita radiação UV é um pouco semelhante a olhar para trás, para o alvorecer cósmico”, disse Jecmen. “Compreender o período perto do Big Bang é muito interessante.

É fundamental para o nosso conhecimento. É algo que aconteceu há tanto tempo – é tão fascinante que podemos ver situações semelhantes nas galáxias que existem actualmente”.

Um segundo estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters e liderado por Oey, utilizou o Telescópio Espacial Hubble para observar Mrk 71, uma região numa galáxia anã próxima, a cerca de 10 milhões de anos-luz de distância.

Em Mrk 71, a equipa encontrou evidências observacionais do cenário de Jecmen. Usando uma nova técnica com o Telescópio Espacial Hubble, a equipa utilizou um conjunto de filtros que analisa a luz do carbono triplamente ionizado.

Em galáxias mais evoluídas, com muitas explosões de super-nova, essas explosões aquecem o gás num enxame de estrelas a temperaturas muito elevadas – até milhões de graus Kelvin, disse Oey. À medida que este super-vento quente se expande, expulsa o resto do gás dos enxames estelares.

Mas em ambientes de baixa metalicidade como o de Mrk 71, onde as estrelas não estão a explodir, a energia dentro da região é irradiada. Não tem hipótese de formar um super-vento.

Os filtros da equipa captaram um brilho difuso do carbono ionizado em Mrk 71, demonstrando que a energia é irradiada para longe. Por conseguinte, não existe um super-vento quente, permitindo que o gás denso permaneça em todo o ambiente.

Oey e Jecmen dizem que há muitas implicações para o seu trabalho.

“As nossas descobertas podem também ser importantes para explicar as propriedades das galáxias que estão a ser observadas no alvorecer cósmico pelo Telescópio Espacial James Webb neste momento”, disse Oey. “Penso que ainda estamos no processo de compreender as consequências”.

// Universidade do Michigan (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (The Astrophyical Journal Letters)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)

CCVALG
28 de Novembro de 2023


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119: Descoberta a galáxia espiral barrada mais distante (até agora)

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // ASTROFÍSICA // UNIVERSO

Uma equipa científica internacional, incluindo investigadores do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) e da ULL (Universidade de La Laguna), encontrou uma galáxia espiral barrada análoga à Via Láctea no início do Universo, quando este tinha apenas 15% da sua idade actual.

Denominada ceers-2112, é a galáxia espiral barrada mais distante alguma vez observada e a sua existência desafia o actual modelo de formação e evolução das galáxias. A descoberta, efectuada com dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST), foi publicada na revista Nature.

Representação artística ilustrando a evolução em milhares de milhões de anos da galáxia detectada, ceers-2112, desde o Universo jovem, há 12 mil milhões de anos, até à actual Via Láctea.
Crédito: Lorenzo Morelli

Em astrofísica, o estudo da estrutura das galáxias a diferentes distâncias, ou seja, em diferentes idades do cosmos, é essencial para reconstruir a história da formação e evolução da Via Láctea.

No Universo próximo, a maior parte das galáxias espirais massivas apresentam uma estrutura alongada em forma de barra nas suas regiões centrais, tal como a nossa própria Galáxia. Estas barras desempenham um papel fundamental na evolução galáctica, uma vez que promovem a mistura de elementos que é essencial para a formação de estrelas.

No entanto, de acordo com as previsões dos modelos teóricos, as condições físicas e dinâmicas do Universo primitivo não favorecem a formação de barras nas galáxias mais jovens e mais distantes.

Por isso, pensava-se que a estrutura das galáxias espirais como a Via Láctea só se consolidaria quando o Universo tivesse metade da sua idade, que é actualmente de 13,8 mil milhões de anos.

Agora, uma equipa liderada pelo CAB (Centro de Astrobiologia), CSIC-INTA (Consejo Superior de Investigaciones Científicas – Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), descobriu uma galáxia no Universo primitivo que tem uma barra galáctica semelhante à da Via Láctea.

As observações, feitas com o JWST, mostram uma galáxia espiral barrada quando o Universo tinha apenas 2,1 mil milhões de anos, o que desafia o conhecimento anterior sobre a formação de galáxias.

“Contrariamente às expectativas, esta descoberta revela que galáxias semelhantes à Via Láctea já existiam há 11,7 mil milhões de anos, quando o Universo tinha apenas 15% da sua idade actual”, diz Luca Costantin, investigador de pós-doutoramento do CSIC no CAB em Madrid e autor principal do artigo.

Esta galáxia espiral barrada, chamada ceers-2112, tem também a mesma massa que a Via Láctea deve ter tido nessa altura do Universo. De acordo com a equipa científica, este facto leva a uma conclusão importante: “surpreendentemente, este achado prova que, quando o Universo era ainda muito jovem, a evolução desta galáxia era dominada por bariões, a matéria comum de que somos compostos, e não por matéria escura, embora esta última seja mais abundante”, diz Jairo Méndez Abreu, investigador da ULL e do IAC, co-autor do estudo.

Um telescópio revolucionário

Até agora, o conhecimento sobre a morfologia de galáxias distantes baseava-se principalmente em estudos com o Telescópio Espacial Hubble, que revelaram estruturas altamente irregulares resultantes de possíveis fusões entre galáxias.

No entanto, as extraordinárias capacidades do JWST estão a revolucionar a astrofísica e a revelar um Universo distante que não é exactamente como se esperava.

“Pela primeira vez, com o James Webb, temos a tecnologia e a instrumentação para estudar em pormenor a morfologia de galáxias muito distantes, pelo que esperamos, nos próximos anos, uma transformação sem precedentes do nosso conhecimento sobre os processos de formação e evolução das galáxias”, afirma Marc Huertas-Company, investigador do IAC e da ULL que também participou no estudo.

A barra da galáxia ceers-2112 foi identificada graças à análise de imagens obtidas com o instrumento NIRCam do JWST. Os dados científicos foram obtidos durante observações do projeto CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science, liderado por Steven L. Finkelstein da Universidade do Texas, EUA) na “Extended Groth Strip”, uma região do céu situada entre as constelações de Ursa Maior e Boieiro. O projecto envolveu 33 investigadores de 29 instituições em 8 países.

// IAC (comunicado de imprensa)
// CAB, CSIC-INTA (comunicado de imprensa)
// Universidade Complutense de Madrid (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Riverside (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

CCVALG
14 de Novembro de 2023


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