Nos últimos dois anos, os astrônomos reescreveram a história de nossa galáxia
Uma simulação digital da colisão de uma grande galáxia, semelhante à Via Láctea, com uma galáxia anã. Os astrônomos acreditam que ele esteve envolvido em pelo menos uma dessas colisões durante a formação da Via Láctea.
Representantes dos povos Khoisan da África Negra , observando a faixa sinuosa de estrelas e poeira separando o céu noturno, viram as brasas de uma fogueira nele. Os marinheiros polinésios viram um tubarão no céu devorando nuvens. Os antigos gregos viram o fluxo de leite e chamaram esse caminho de "leitoso" - galaxias - de onde veio o termo " galáxia " mais tarde .
No século 20, astrônomos descobriram que nosso rio prateado é apenas parte de uma enorme ilha de estrelas, após o que eles escreveram sua própria história da origem da Galáxia [quando ficou claro que a Via Láctea não é a única galáxia, a a palavra "Galáxia" com letra maiúscula foi deixada como outro nome próprio para a Via Láctea / aprox. por.]. Em suma, a Via Láctea foi criada há cerca de 14 bilhões de anos pela fusão de enormes nuvens de gás e poeira sob a influência da gravidade. Com o tempo, duas estruturas características apareceram - primeiro um enorme "halo" esférico, e depois - um disco denso e brilhante. Bilhões de anos se passaram e nosso próprio sistema solar apareceu dentro do disco. E agora, olhando para o céu à noite [em uma área com poluição luminosa relativamente baixa / aprox. por.] vemos leite derramado - ou um disco se esticando no céu a partir do lado da costela.
No entanto, nos últimos dois anos, os pesquisadores reescreveram quase todos os capítulos principais da história da Galáxia. O que aconteceu? Eles obtiveram dados de melhor qualidade.
Em 25 de abril de 2018, a espaçonave européia Gaia divulgou uma quantidade impressionante de informações sobre o céu. Mais importante ainda, os dados coletados pelo dispositivo durante o ano continham uma descrição detalhada do movimento de cerca de um bilhão de estrelas. Em estudos anteriores, apenas alguns milhares foram marcados. Esses dados reviveram uma galáxia anteriormente estática. “Gaia lançou uma nova revolução”, disse Federico Sestito , astrônomo do Observatório Astronômico de Estrasburgo, na França.
Os astrônomos correram para fazer o download de um mapa dinâmico das estrelas, após o qual toda uma cachoeira de descobertas apareceu. Verificou-se, por exemplo, que algumas partes do disco são impossivelmente antigas. Foram encontradas evidências de colisões épicas que moldaram a juventude quente da Via Láctea, bem como indicações de que a galáxia continua a se misturar de maneiras inesperadas até hoje.
O satélite Gaia revolucionou a compreensão da Via Láctea desde seu lançamento em dezembro de 2013.
Todos esses resultados juntos constituem uma nova história do passado turbulento de nossa Galáxia e seu contínuo desenvolvimento no futuro. “Nossa compreensão da Via Láctea mudou muito rapidamente”, disse Michael Petersen , astrônomo da Universidade de Edimburgo. “Agora se acredita que a Via Láctea não é um objeto estático. Tudo está mudando muito rapidamente em todo o seu escopo. "
As primeiras estrelas
Para ter uma ideia dos primeiros dias da Galáxia, os astrônomos estão procurando as estrelas que existiam naquela época. Eles consistiam apenas de hidrogênio e hélio, os materiais mais primordiais do universo. Felizmente, as menores estrelas dessa geração também queimam muito mais devagar do que o resto, por isso muitas ainda estão brilhando.
Depois de décadas de observação, os pesquisadores compilaram um catálogo de 42 estrelas antigas conhecidas como estrelas ultra-pobres em metais (os astrônomos chamam de "metal" qualquer coisa mais pesada do que o hélio). De acordo com a história padrão do desenvolvimento da Via Láctea, essas estrelas deveriam pairar ao redor de todo o volume do halo - a parte da Galáxia que apareceu em primeiro lugar. E o disco - que, segundo cálculos, deveria levar cerca de um bilhão de anos para girar e se achatar - deveria ser povoado por estrelas com elementos mais pesados, como carbono ou oxigênio.
No final de 2017, a Sestito decidiu estudar a movimentação desse enxame pobre em metais, escrevendo um programa que analisa os resultados obtidos no projeto Gaia. Talvez suas trajetórias na esfera possam sugerir a história do halo.
Ele extraiu informações sobre as trajetórias de 42 estrelas antigas de um conjunto de dados completo. Acontece que a maioria deles, conforme previsto, mudou-se dentro do halo. No entanto, alguns - cerca de 1 em cada 4 - se moviam de maneira diferente. Eles pareciam estar presos no plano do disco - a seção mais jovem da Via Láctea. “Que diabos,” Sestito se perguntou, embora naquele momento ele tenha usado uma palavra um pouco diferente. - O que está acontecendo?"
Pesquisas subsequentes confirmaram que essas estrelas estão há muito tempo no disco e não são apenas turistas que passam por ele. Com base em duas observações recentes, Sestito e seus colegas montaram uma biblioteca de 5.000 estrelas pobres em metal. Várias dezenas deles definitivamente acabaram sendo residentes permanentes do disco.... Outro grupo de cientistas vasculhou outras 500 estrelas encontradas durante outra observação, e descobriu que cada décimo delas orbita no plano do disco. O terceiro grupo de cientistas estudou várias estrelas de diferentes metalicidades (e, portanto, diferentes idades), orbitando dentro de um disco plano. “Era algo completamente novo”, disse a autora principal Paola di Matteo, astrônoma do Observatório de Paris.
Como esses anacronismos chegaram lá? Sestito teorizou que aglomerados individuais de gás antigo de alguma forma conseguiram evitar todos os metais erupcionados por supernovas por longos períodos de tempo, após o qual estrelas enganosamente velhas se formaram a partir desse gás. Ou o disco começou a tomar forma ao mesmo tempo que o halo - 1 bilhão de anos antes do previsto.
Para descobrir qual dessas suposições é mais provável, ele contatou Tobias Buck , um pesquisador do Instituto Astrofísico de Potsdam, na Alemanha, que é especializado na criação de simulações digitais de galáxias. No passado, essas tentativas geralmente resultavam na formação do halo primeiro e, posteriormente, no disco, como esperado. No entanto, essas tentativas tiveram uma resolução relativamente baixa.
Nessas simulações digitais, uma galáxia semelhante à nossa Via Láctea se forma e evolui ao longo de 13,8 bilhões de anos, desde o início do universo até os dias atuais. A coluna da esquerda mostra a distribuição da matéria escura invisível. Em média, a temperatura do gás (azul - áreas frias, vermelho - quente). À direita está a densidade das estrelas. As linhas são responsáveis pela escala: a linha superior é uma visão em close do disco galáctico. O do meio fica um pouco mais longe, com vista para o halo. O inferior é uma visão distante mostrando os arredores da galáxia.
Buck aumentou a resolução das simulações em cerca de 10 vezes. Cada execução de tal simulação exigiu recursos computacionais significativos. E embora ele tivesse acesso ao centro de supercomputador. Leibniz na Alemanha, uma simulação levou cerca de três meses de tempo de computação. E ele repetiu isso seis vezes.
Cinco em seis vezes, acabou por ser um gêmeo da Via Láctea. Em duas dessas simulações, o disco continha quantidades significativas de estrelas pobres em metais.
De onde vieram essas estrelas antigas do disco? Em outras palavras, eles eram imigrantes famosos. Alguns deles nasceram em nuvens que surgiram antes da Via Láctea. Então, essas estrelas das nuvens simplesmente terminaram em órbitas que no futuro farão parte do disco galáctico. Outras estrelas se originam de galáxias anãs que colidiram com a Via Láctea e entraram no plano do disco em formação.
Resultados publicadospesquisadores em novembro de 2020 sugerem que os modelos clássicos da formação da Galáxia estavam incompletos. Nuvens de gás na verdade colapsam em halos esféricos. Mas estrelas que chegam em ângulos adequados podem desencadear a formação de disco ao mesmo tempo. "Os teóricos não estavam errados", disse Buck. "Eles perderam parte do quadro geral."
Juventude tempestuosa
As dificuldades não param por aí. Gaia ajudou a descobrir evidências diretas de confrontos catastróficos. Os astrônomos já presumiam que a Via Láctea tinha uma vida ativa, mas Helmer Koppelman , que trabalha no Princeton Institute for Advanced Research, usando dados de Gaia, conseguiu encontrar resquícios específicos de uma das maiores fusões.
Koppelman lembra que os dados de Gaia foram publicados em abril de 2018 na quarta-feira e, devido à corrida frenética de download de arquivos, o site do projeto praticamente parou. Na quinta-feira, ele processou os dados e, na sexta-feira, soube que havia encontrado algo grande. Em todas as direções, havia um grande número de estrelas saltando de um lado para outro no centro da Via Láctea de uma maneira semelhante e estranha. Esta foi a evidência de que eles apareceram em uma galáxia anã. No domingo, Koppelman e sua equipe tinham um pequeno artigo científico pronto e uma análise mais detalhada estava pronta em junho.
Detritos de galáxias em colisão podem ser encontrados em qualquer lugar. Até a metade das estrelas no halo interno de 60.000 anos-luz de diâmetro (o próprio halo tem um raio de centenas de milhares de anos-luz) poderia ter surgido como resultado dessa colisão. Pode aumentar a massa total da Via Láctea em 10%. “Isso muda tudo”, disse Koppelman. "Eu esperava que houvesse muitos pequenos objetos diferentes."
Simulação mostrando a formação e o desenvolvimento de uma galáxia como a Via Láctea ao longo de 10 bilhões de anos. Muitas galáxias anãs pequenas caem no disco principal e freqüentemente se tornam parte dele.
O grupo chamou a galáxia que colidiu com a nossa, Gaia Enceladus, em homenagem à deusa grega Gaia e seu filho com Titã, Enceladus. Outra equipe descobriu independentemente a mesma galáxia na mesma época, e a chamou de "Salsicha" devido à sua forma em alguns mapas orbitais.
Após a colisão da Via Láctea com Gaia-Enceladus, que aconteceu provavelmente há cerca de 10 bilhões de anos, danos massivos se espalharam pelo frágil disco da Via Láctea. Os astrônomos discutem por que o disco de nossa galáxia consiste, por assim dizer, em dois - um disco fino e um mais grosso, no qual as estrelas girando em torno do centro da galáxia saltam para cima e para baixo. Hoje , a pesquisa de di Matteo sugere que Gaia Enceladus simplesmente rasgou uma grande parte do disco, tornando-o mais espesso durante o impacto. “O primeiro disco antigo formou-se muito rapidamente e então, como acreditamos, Gaia-Enceladus simplesmente o destruiu”, disse Koppelman.
Em aglomerados de estrelas globulares, indícios de outras fusões também podem ser encontrados. Diederik Kruissen , astrônomo da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, usou simulações de galáxias para treinar uma rede neural que explorou cuidadosamente aglomerados globulares. Ele lançou uma rede para estudar a idade, composição e órbitas dos clusters. Com base nos dados obtidos, a rede neural foi capaz de recriar as colisões que formaram galáxias. E então ele aplicou essa informação a dados reais da Via Láctea. O programa reconstruiu eventos bem conhecidos, como a colisão com Gaia-Enceladus, e uma confluência mais antiga e significativa, que um grupo de cientistas apelidou de Kraken.
Em agosto, o grupo Kruissen publicou uma lista de fusõesA Via Láctea e as galáxias anãs que a formaram. Os cientistas também previram mais 10 colisões ocorridas no passado, que esperavam obter de observadores independentes. "Não encontramos essas dez colisões ainda", disse Cruissen, "mas vamos".
Todas essas fusões levaram alguns astrônomos a acreditar que o halo pode ser quase inteiramente composto de estrelas de imigrantes. Modelos dos anos 60 e 70 previram que a maioria das estrelas da Via Láctea se formaria no local. Mas, com o tempo, mais e mais estrelas se transformam em alienígenas. Provavelmente, os astrônomos não precisam mais presumir que muitas, ou mesmo quaisquer estrelas, nasceram no local, diz di Matteo.
Uma galáxia em crescimento silencioso
A história da Via Láctea tem sido bastante tranquila ultimamente, mas os recém-chegados continuam a lutar por ela. Os amantes da astronomia do hemisfério sul podem ver algumas galáxias anãs, as Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães, a olho nu . Os astrônomos há muito consideram esses dois satélites leais de nossa galáxia, algo como as luas da Via Láctea.
Mas então várias observações do telescópio Hubble, realizadas entre 2006 e 2013, mostraram que eles se pareciam mais com meteoritos voando em nossa direção. Nitya Kallivayalil , um astrônomo da Universidade da Virgínia, calculou que eles estão vindo direto em nossa direção a uma velocidade de cerca de 300 km / s - quase duas vezes mais rápido do que se pensava.
A ascensão das Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães sobre o Monte Bromo, um vulcão ativo no Parque Nacional da Ilha de Java, na Indonésia,
quando uma equipe liderada pelo astrônomo Jorge Penarrubia , um astrônomo do Observatório Real de Edimburgo, processou os dados alguns anos depois, eles concluíram que essas nuvens de velocidade devem ser muito massivas - provavelmente 10 vezes mais difíceis do que se pensava anteriormente.
“Surpresa após surpresa”, disse Peñarrubia.
Vários grupos previram que anãs inesperadamente pesados poderiam arrastar partes da Via Láctea, e este ano Peñarrubia se juntou a Petersen para encontrar evidências disso.
O problema de estudar o movimento das galáxias é que a Via Láctea é uma furiosa nevasca de estrelas, e os astrônomos estão tentando olhar de um dos flocos de neve. Portanto, Peñarrubia e Petersen trabalharam durante a maior parte da quarentena como neutralizar os movimentos da Terra e do Sol, bem como calcular a média do movimento do halo estelar de modo que seu limite externo pudesse servir como um fundo estacionário.
Depois de calibrar os dados dessa forma, eles descobriram que a Terra, o Sol e o resto do disco em que estavam se inclinavam na mesma direção. Mas eles não estão se movendo para a localização atual da Grande Nuvem de Magalhães, mas para o lugar onde estava há um bilhão de anos (Petersen explicou que a Galáxia é uma besta desajeitada com reflexos lentos). Eles recentemente detalharamsuas descobertas na revista Nature Astronomy.
O movimento do disco em relação ao halo destrói a suposição fundamental de que há um equilíbrio na Via Láctea. Ele pode girar e deslizar pelo espaço, mas a maioria dos astrônomos presumiu que, depois de bilhões de anos, o disco adulto e o halo formaram uma configuração estável.
A análise de Peñarrubia e Petersen prova que essa suposição é falsa. Mesmo depois de 14 bilhões de anos, as fusões continuam a moldar a forma geral da galáxia. Esta é a mais nova mudança em nossa compreensão dos processos que ocorrem na gigantesca corrente leitosa que paira em nosso céu.
“Agora precisamos de um novo modelo para descrever o futuro e a história da Via Láctea, que pensávamos já ser conhecida”, disse Petersen.