Astrônomos brasileiros mapeiam estrutura de idades do halo da Via Láctea

O halo é um dos componentes galácticos que possuem tipicamente estrelas mais velhas e, portanto, é um ambiente fundamental para estudos que tentam descobrir indícios da origem e formação da Via Láctea

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Via Láctea vista do deserto do Atacama - Foto: ESO/A. Fitzsimmons/ Wikimedia Commons
Via Láctea vista do deserto do Atacama – Foto: ESO/A. Fitzsimmons/ Wikimedia Commons

Uma equipe internacional, que conta com três astrônomos brasileiros, produziu uma versão mais detalhada do primeiro mapa cronográfico do halo da nossa Galáxia. O halo é um dos componentes galácticos que possuem tipicamente estrelas mais velhas e, portanto, é um ambiente fundamental para estudos que tentam descobrir indícios da origem e formação da Via Láctea. O trabalho, que acaba de ser publicado na edição de 5 de setembro do periódico científico Nature Physics (1), foi desenvolvido a partir do mapa apresentado em 2015 no artigo de Rafael Miloni Santucci, doutorando do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, orientado pela professora Silvia Rossi, em parceria com o professor da Universidade de Notre Dame Vinicius Moris Placco e com outros astrônomos internacionais. Os três astrônomos também participaram do novo trabalho.

O mapeamento foi realizado usando uma amostra de aproximadamente 100 mil estrelas azuis de ramo horizontal (conhecidas também como BHBs, sigla para o mesmo nome em inglês), extraídas de um levantamento de dados norte-americano conhecido como SDSS (Sloan Digital Sky Survey). O ramo horizontal representa uma fase evolutiva avançada da estrela, na qual o brilho é gerado por causa da fusão de Hélio em Carbono em seu núcleo. Nesta fase, que corresponde a cerca de 10% do tempo total de sua vida, seu brilho se torna muito intenso e constante, fazendo com que esses astros possam ser observados a grandes distâncias.

Ao avaliar as distâncias e as cores dos objetos, os astrônomos verificaram que as estrelas BHBs mais azuladas do halo estão concentradas predominantemente na região central da Galáxia, e suas cores ficam ligeiramente avermelhadas conforme as distâncias ao centro galáctico aumentam. Essa variação é extremamente sutil e invisível ao olho humano, mas é revelada pelas medidas de cor feitas por filtros especiais e evidenciada no trabalho publicado. Para explicar o fenômeno, os cientistas primeiro avaliaram e descartaram todas as possíveis causas para o avermelhamento tipicamente descritas na literatura, tais como a existência de poeira no meio interestelar ou composições químicas diferentes. A única explicação restante para essa variação de cor é a idade da estrela, sendo que, somente para esta fase evolutiva de uma estrela, quanto mais vermelha, mais jovem ela é.

Esses resultados sugerem que a formação de estrelas na nossa Galáxia ocorreu de dentro para fora, ou seja, a gravidade colapsou primeiramente o gás no centro da Galáxia e, ao longo de poucos bilhões de anos, a formação estelar chegou até as regiões mais periféricas. Uma visão em 3D do mapa foi construída para melhor visualizar os detalhes da descoberta. Na animação, o plano XY contém o disco da Galáxia e o eixo Z representa a distância das estrelas até o plano, sendo que 1kpc de distância corresponde a aproximadamente a 3,26 mil anos-luz (um ano-luz vale cerca de 10 trilhões de quilômetros). A posição do Sol não está destacada na animação, mas corresponde às coordenadas (X, Y, Z) = (8.5, 0, 0). A variação de cor descrita pela variável (g-r) possui um equivalente de idade entre parênteses, em unidades de bilhões de anos. Portanto, nota-se que as regiões centrais da Galáxia são mais velhas (cerca de 12 bilhões de anos) e os objetos vão ficando mais jovens conforme estão mais distantes, até atingir cerca de 9,5 bilhões de anos de idade.

Mapa de idade

Para construir esse mapa de idade, os pesquisadores usaram a média da cor das estrelas em pequenos espaços. Cada ponto colorido visto dentro do cubo transparente revela a média de cor em um volume menor que 1 kiloparsec (kpc, unidade de medida de distâncias estelares) cúbico, onde existem ao menos três estrelas. As projeções vistas nas faces do cubo representam visões em 2D nos diferentes planos de visada, cujas variações de cor foram suavizadas para destacar o fenômeno.

Surpreendentemente, a região onde são encontrados os objetos mais velhos se estende por uma grande área ao redor do núcleo galáctico, atingindo até mesmo a região do halo próxima do Sol, que está cerca de 28 mil anos-luz (8,5 kpc) distante do centro galáctico. Esta região antiga pode ser explorada com a finalidade de estudar as propriedades destas estrelas velhas, extremamente importantes para saber mais sobre como era a composição química no início do Universo e como ela tem evoluído. Isto também ratifica que podemos encontrar estrelas muito velhas e pobres em metais mesmo nas regiões próximas de nós, ou seja, podemos incluir objetos brilhantes nas buscas para encontrar os primeiros astros do Universo. Essas buscas também fazem parte da pesquisa deste grupo de cientistas, com resultados promissores até o momento.

Além disso, esta técnica permitiu identificar a presença de estruturas formadas recentemente pela interação da nossa Galáxia com outras menores como a Galáxia Anã de Sagitário, que teve seu formato completamente destruído pelas forças gravitacionais da Via Láctea, formando um rastro de estrelas ao redor do centro da Galáxia. Mais do que resultados importantes, o trabalho consolida a técnica dos mapas de idade baseados na cor de estrelas BHBs como uma ferramenta crucial para estudar até mesmo a evolução de outras Galáxias, pois a nova geração de telescópios gigantes, como o GMT e o E-ELT, permitirá aos astrônomos individualizar BHBs nessas regiões a muitos milhões de anos-luz de distância.

“Ainda há muito trabalho a ser feito”, ressalta Santucci. “Usamos apenas um dos levantamentos de dados disponíveis na literatura para realizar este trabalho, e as estrelas BHBs estão presentes em todos os ambientes e em todas as direções do céu.” Os astrônomos aguardam novos levantamentos de dados como o projeto S-PLUS – um importante mapeamento do céu realizado por um telescópio brasileiro, situado em Cerro Tololo, no Chile, que fornecerá dezenas de milhares de novas BHBs no céu do Hemisfério Sul da Terra, onde o SDSS não consegue observar, e poderá revelar estruturas inéditas da Via Láctea.

O trabalho possui suporte da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), por meio do Programa de Excelência Acadêmica (Proex).

Da Seção de Apoio Institucional do IAG

Mais informações: emails rafaelsantucci@usp.br, com Rafael Miloni Santucci; rossi@astro.iag.usp.br, com a professora Silvia Rossi; e
vplacco@nd.edu, com o professor Vinicius Moris Placco

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