Estudo do ON descobre mistura complexa de estrelas e padrões químicos inesperados no centro da Via Láctea

Uma equipe de astrônomos liderada pelo Dr. João Victor Sales Silva, pesquisador do Observatório Nacional (ON/MCTI), teve um estudo aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal, no qual investiga a formação da região central da Via Láctea por meio de técnicas de arqueologia galáctica. 

Nesse trabalho, o Dr. João e colaboradores utilizaram dados de alta precisão para mapear informações de milhares de estrelas no centro da nossa galáxia, tendo em vista que as estrelas preservam informações sobre sua origem tanto nas abundâncias químicas quanto nas propriedades cinemáticas. O que os cientistas encontraram foi uma mistura diversa e complexa de estrelas na região. 

Um dos grandes desafios do estudo foi separar as estrelas de diferentes origens. Isto exigiu um trabalho minucioso e preciso da composição química e do movimento das estrelas realizado pelo grupo de pesquisadores. 

"Para facilitar a compreensão, podemos fazer uma analogia do nosso estudo com uma salada de frutas. Imaginem uma salada composta por diferentes frutas. Para sabermos como foi feita a salada de frutas, precisamos compreender quais e quantas frutas foram utilizadas na salada. E quanto maior a quantidade de frutas, mais difícil é sabermos tal receita. No nosso estudo, a salada de frutas é a região central da Galáxia e as frutas são as estrelas. Então, para sabermos como foi formada e qual é a estrutura desta região da Via Láctea, precisamos compreender as estrelas que a compõem, estudando a sua química e movimento, que estão diretamente ligados à sua natureza. Porém, a nossa amostra é composta por milhares de estrelas, o que deixa o estudo ainda mais desafiador", diz o Dr. João.

O Dr. João Victor e seus colaboradores detectaram seis conjuntos principais de estrelas com a composição química e trajetórias semelhantes. O objetivo do estudo foi entender a distribuição dos elementos químicos no centro da Galáxia para cada um destes conjuntos, por meio da composição química e da posição das estrelas. Para isso, os autores analisaram a variação espacial das abundâncias químicas das estrelas, em função de sua distância ao centro galáctico. Essas variações são denominadas "gradientes de abundâncias" e constituem diagnósticos fundamentais dos processos de formação e evolução galáctica, pois refletem a eficiência da formação estelar, mistura radial e histórico de enriquecimento químico do meio interestelar.

Representação artística do bojo galáctico, isto é, do grupo de estrelas no centro da Via Láctea. Foto: ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt.

Conceito de "metal" para a astronomia

Para entender melhor esses resultados, é preciso dominar o conceito de metalicidade. Na astronomia, "metal" é qualquer elemento mais pesado que o hidrogênio e o hélio. A metalicidade (quantidade de metais, como o ferro) de uma estrela indica o grau de enriquecimento químico do gás onde ela nasceu. Estrelas ricas em metais nasceram em locais que foram previamente enriquecidos pelas gerações anteriores de estrelas.

Para realizar o estudo, a equipe usou a técnica da espectroscopia no infravermelho por meio dos dados do levantamento APOGEE. O infravermelho funciona como uma visão de calor que atravessa a poeira, permitindo analisar a luz de cerca de 8.000 estrelas do centro galáctico.

Trabalho emprega metodologia inovadora

A metodologia foi inovadora: os cientistas não olharam apenas para a química (o que a estrela é feita), mas também para a dinâmica (como ela se move). Com as medidas da posição e das velocidades (obtidas usando também os dados do satélite Gaia), eles separaram as estrelas em seis populações distintas. Essa separação permitiu identificar grupos que pertencem à barra, grupos com órbitas muito "ovais" e grupos que se movem de forma mais circular, como o disco onde o Sol habita.

A regra geral da distribuição química das estrelas no plano da Via Láctea é: quanto mais longe do centro, menos metais elas possuem. No entanto, o estudo descobriu que essa tendência sofre uma interrupção brusca a cerca de 16 a 19 mil anos-luz do centro da galáxia. Ali, a química das estrelas se torna muito mais uniforme, sugerindo que o centro teve uma mistura de gases e uma história de formação muito particular.

Para entender outra conclusão do trabalho do Dr. João Victor e equipe, é necessário imaginar a Via Láctea sendo formada por duas componentes principais na sua região mais central. Uma é o bojo galáctico: um grande e denso amontoado de estrelas no meio da Galáxia, com um formato que lembra um amendoim quando olhamos de lado. A outra componente é a barra: uma estrutura alongada que atravessa o bojo e que empurra as estrelas para as regiões mais centrais da Via Láctea com a sua gravidade.

A segunda conclusão importante da pesquisa é que as estrelas da barra mostram um comportamento inverso ao "quanto mais longe do centro, menos metais elas possuem". Para estas estrelas, quanto mais longe do centro, mais metais possuem.

 "Este resultado nos surpreendeu num primeiro momento, pois esperávamos encontrar que as estrelas mais distantes do centro da Galáxia tivessem menos metais. Porém, após compararmos nossos resultados com simulações da Via Láctea e com as observações recentes do Telescópio espacial James Webb, os nossos resultados fizeram sentido", relata o pesquisador. 

Ao analisar tal estrutura em formato de amendoim fornecida por simulações da nossa Galáxia, os pesquisadores notaram que as estrelas nas extremidades da barra são mais jovens (mais ricas em metais) do que as que estão no centro. Essa inversão da distribuição química das estrelas também foi identificada em outras galáxias muito distantes do Universo observadas pelo Telescópio espacial James Webb.