Quando os caçadores-coletores Khoisan da África Subsaariana contemplaram a trilha sinuosa de estrelas e poeira que dividia o céu noturno, eles viram as brasas de uma fogueira. Os marinheiros polinésios perceberam um tubarão comedor de nuvens. Os antigos gregos viram um fluxo de leite, gala, que eventualmente daria origem ao termo moderno “galáxia”.
No século 20, os astrônomos descobriram que nosso rio de prata é apenas um pedaço de uma vasta ilha de estrelas e escreveram sua própria história de origem galáctica. Na forma mais simples, sustentava que nossa galáxia, a Via Láctea, se uniu há quase 14 bilhões de anos, quando enormes nuvens de gás e poeira se aglutinaram sob a força da gravidade. Com o tempo, duas estruturas surgiram: primeiro, um vasto “halo” esférico e, posteriormente, um disco denso e brilhante. Bilhões de anos depois disso, nosso próprio sistema solar passou a existir dentro desse disco, de modo que, quando olhamos para fora à noite, vemos leite derramado – uma visão lateral do disco espalhado pelo céu.
No entanto, nos últimos dois anos, os pesquisadores reescreveram quase todos os principais capítulos da história da galáxia. O que aconteceu? Eles conseguiram dados melhores.
Em 25 de abril de 2018, uma espaçonave européia chamada Gaia divulgou uma quantidade impressionante de informações sobre o céu. De forma crítica, o conjunto de dados de anos de Gaia descreveu os movimentos detalhados de cerca de 1 bilhão de estrelas. Pesquisas anteriores haviam mapeado o movimento de apenas milhares. Os dados deram vida a uma faixa anteriormente estática da galáxia. “Gaia iniciou uma nova revolução”, disse Federico Sestito, astrônomo do Observatório Astronômico de Estrasburgo, na França.
Os astrônomos correram para baixar o mapa estelar dinâmico, e uma enxurrada de descobertas se seguiu. Eles descobriram que partes do disco, por exemplo, pareciam impossivelmente antigas. Eles também encontraram evidências de colisões épicas que moldaram a juventude violenta da Via Láctea, bem como novos sinais de que a galáxia continua a se agitar de forma inesperada.
Juntos, esses resultados geraram uma nova história sobre o passado turbulento de nossa galáxia e seu futuro em constante evolução. “Nossa imagem da Via Láctea mudou muito rapidamente”, disse Michael Petersen, astrônomo da Universidade de Edimburgo. “O tema é que a Via Láctea não é um objeto estático. As coisas estão mudando rapidamente em todos os lugares.”
As primeiras estrelas
Para ver os primeiros dias da galáxia, os astrônomos procuram estrelas que existiam naquela época. Essas estrelas foram formadas apenas de hidrogênio e hélio, as matérias-primas do cosmos. Felizmente, as estrelas menores desse estoque inicial também demoram a queimar, então muitas ainda estão brilhando.
Depois de décadas de pesquisas, os pesquisadores montaram um catálogo de 42 dessas antigas, conhecidas como estrelas ultra-pobres em metais (para os astrônomos, qualquer átomo mais volumoso do que o hélio é qualificado como metálico). De acordo com a história padrão da Via Láctea, essas estrelas deveriam estar fervilhando ao longo do halo, a primeira parte da galáxia a se formar. Em contraste, as estrelas do disco – que se pensava ter levado talvez mais um bilhão de anos para girar e ficar achatadas – deveriam estar contaminadas com elementos mais pesados, como carbono e oxigênio.
No final de 2017, Sestito começou a estudar como esse enxame pobre em metais se move, escrevendo um código para analisar os próximos resultados do Gaia. Talvez seus caminhos esféricos possam oferecer algumas pistas de como o halo surgiu, ele pensou.
Nos dias que se seguiram ao lançamento dos dados de Gaia, ele extraiu as 42 estrelas antigas do conjunto de dados completo e, em seguida, rastreou seus movimentos. Ele descobriu que a maioria estava fluindo através do halo, como previsto. Mas alguns – cerca de 1 em cada 4 – não eram. Em vez disso, eles pareciam presos no disco, a região mais jovem da Via Láctea. “Que coisa”, Sestito se perguntou, embora usasse um termo de quatro letras diferente. “O que está acontecendo?”
Uma pesquisa de acompanhamento confirmou que as estrelas realmente são residentes de longa data do disco, e não apenas turistas de passagem. A partir de duas pesquisas recentes, Sestito e seus colegas acumularam uma biblioteca de cerca de 5.000 estrelas pobres em metal. Algumas centenas deles parecem ser habitantes permanentes do disco. Outro grupo examinou cerca de 500 estrelas identificadas por outra pesquisa, descobrindo que cerca de 1 em cada 10 dessas estrelas estão planas em órbitas circulares semelhantes ao sol. E um terceiro grupo de pesquisa encontrou estrelas de várias metalicidades (e, portanto, de várias idades) movendo-se em órbitas de disco plano. “Isso é algo completamente novo”, disse a autora principal Paola Di Matteo, astrônoma do Observatório de Paris.
Como esses anacronismos chegaram lá? Sestito especulou que talvez bolsões de gás puro tenham conseguido se esquivar de todos os metais expulsos das supernovas por eras, e então colapsaram para formar estrelas que pareciam enganosamente antigas. Ou o disco pode ter começado a tomar forma quando o halo, quase 1 bilhão de anos antes do previsto.
Para ver o que era mais provável, ele se conectou com Tobias Buck, pesquisador do Instituto Leibniz de Astrofísica em Potsdam, Alemanha, que se especializou na criação de simulações digitais de galáxias. Os esforços anteriores geralmente produziram halos primeiro e discos em segundo, conforme esperado. Mas esses foram esforços de resolução relativamente baixa.
Tobias Buck
Buck aumentou a nitidez de suas simulações em cerca de um fator de 10. Nessa resolução, cada execução exigia recursos computacionais intensivos. Embora ele tivesse acesso ao Leibniz Supercomputing Center da Alemanha, uma única simulação exigia três meses de tempo de computação. Ele repetiu o exercício seis vezes.
Desses seis, cinco produziram doppelgängers da Via Láctea. Dois deles apresentavam um número substancial de estrelas de disco pobres em metal.
Como essas estrelas antigas entraram no disco? Simplificando, eles eram imigrantes estelares. Alguns deles nasceram em nuvens anteriores à Via Láctea. Então as nuvens simplesmente depositaram algumas de suas estrelas em órbitas que eventualmente formariam parte do disco galáctico. Outras estrelas vieram de pequenas galáxias “anãs” que colidiram com a Via Láctea e se alinharam com um disco emergente.
Os resultados, que o grupo publicou em novembro, sugerem que os modelos clássicos de formação de galáxias estavam incompletos. Nuvens de gás colapsam em halos esféricos, como esperado. Mas estrelas que chegam nos ângulos certos podem dar o pontapé inicial em um disco ao mesmo tempo. “[Os teóricos] não estavam errados”, disse Buck. “Eles estavam faltando parte da imagem.”
Um jovem violento
As complicações não param por aí. Com Gaia, os astrônomos encontraram evidências diretas de colisões cataclísmicas. Os astrônomos presumiram que a Via Láctea teve uma juventude agitada, mas Helmer Koppelman, um astrônomo agora no Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey, usou os dados de Gaia para ajudar a localizar fragmentos específicos de uma das maiores fusões.
O lançamento de dados de 2018 de Gaia caiu em uma quarta-feira, e a corrida louca para baixar o catálogo congelou seu site, Koppelman lembrou. Ele processou os dados na quinta-feira e, na sexta-feira, sabia que havia algo grande. Em todas as direções, ele viu um grande número de estrelas halo girando para frente e para trás no centro da Via Láctea da mesma maneira peculiar – uma pista de que elas tinham vindo de uma única galáxia anã. Koppelman e seus colegas tinham um breve artigo pronto no domingo e o seguiram com uma análise mais detalhada naquele junho.
Os destroços galácticos estavam por toda parte. Talvez metade de todas as estrelas nos 60.000 anos-luz internos do halo (que se estende por centenas de milhares de anos-luz em todas as direções) veio dessa colisão solitária, que pode ter aumentado a massa da jovem Via Láctea em até 10 %. “Isso é uma virada de jogo para mim”, disse Koppelman. “Eu esperava muitos objetos menores diferentes.”
Tobias Buck
O grupo chamou a galáxia que se aproxima de Gaia-Enceladus, em homenagem à deusa grega Gaia – uma das divindades primordiais – e seu filho titã Enceladus. Outra equipe da Universidade de Cambridge descobriu a galáxia de forma independente na mesma época, apelidando-a de Salsicha por sua aparência em certos mapas orbitais.
Quando a Via Láctea e Gaia-Enceladus colidiram, talvez 10 bilhões de anos atrás, o delicado disco da Via Láctea pode ter sofrido danos generalizados. Os astrônomos debatem por que nosso disco galáctico parece ter duas partes: um disco fino e um mais grosso, onde as estrelas pulam para cima e para baixo enquanto orbitam o centro galáctico. A pesquisa liderada por Di Matteo agora sugere que Gaia-Enceladus explodiu grande parte do disco, estufando-o durante a colisão. “O primeiro disco antigo se formou muito rápido, e então pensamos que Gaia-Enceladus o destruiu”, disse Koppelman.
Sugestões de fusões adicionais foram encontradas em feixes de estrelas conhecidos como aglomerados globulares. Diederik Kruijssen, astrônomo da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, usou simulações de galáxias para treinar uma rede neural para examinar os aglomerados globulares. Ele o fez estudar suas idades, composição e órbitas. A partir desses dados, a rede neural poderia reconstruir as colisões que reuniram as galáxias. Em seguida, ele o soltou com dados da verdadeira Via Láctea. O programa reconstruiu eventos conhecidos, como Gaia-Enceladus, bem como uma fusão mais antiga e mais significativa que o grupo apelidou de Kraken.
Em agosto, o grupo de Kruijssen publicou uma linhagem de fusão da Via Láctea e das galáxias anãs que a formaram. Eles também previram a existência de 10 colisões anteriores adicionais que eles esperam que sejam confirmadas com observações independentes. “Não encontramos os outros 10 ainda”, disse Kruijssen, “mas vamos”.
Todas essas fusões levaram alguns astrônomos a sugerir que o halo pode ser feito quase exclusivamente de estrelas imigrantes. Modelos das décadas de 1960 e 1970 previram que a maioria das estrelas do halo da Via Láctea deveriam ter se formado no local. Mas à medida que mais e mais estrelas foram identificadas como intrusos galácticos, os astrônomos podem não precisar assumir que muitas, se houver, estrelas são nativas, disse Di Matteo.
Uma galáxia ainda em crescimento
A Via Láctea teve uma história relativamente tranquila nas eras recentes, mas os recém-chegados continuam a chegar. Os observadores das estrelas no hemisfério sul podem localizar a olho nu um par de galáxias anãs chamadas Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães. Os astrônomos acreditaram por muito tempo que o par eram nossos companheiros orbitais constantes, como as luas da Via Láctea.
Então, uma série de observações do Telescópio Espacial Hubble entre 2006 e 2013 descobriram que eles eram mais como meteoritos chegando. Nitya Kallivayalil, um astrônomo da Universidade da Virgínia, mediu as nuvens chegando quentes a cerca de 330 quilômetros por segundo – quase duas vezes mais rápido do que foi previsto.
Quando uma equipe liderada por Jorge Peñarrubia, astrônomo do Observatório Real de Edimburgo, analisou os números alguns anos depois, eles concluíram que as nuvens velozes devem ser extremamente pesadas – talvez dez vezes mais volumosas do que se pensava anteriormente.
“Foi surpresa após surpresa”, disse Peñarrubia.
Vários grupos previram que as anãs inesperadamente robustas podem estar arrastando partes da Via Láctea, e neste ano Peñarrubia se juntou a Petersen para encontrar provas.
O problema de procurar o movimento de toda a galáxia é que a Via Láctea é uma tempestade de estrelas violenta, com astrônomos olhando para fora de um dos flocos de neve. Então, Peñarrubia e Petersen passaram a maior parte do bloqueio tentando descobrir como neutralizar os movimentos da Terra e do sol e como calcular a média do movimento das estrelas do halo para que a franja externa do halo pudesse servir como um pano de fundo estacionário.
Quando eles calibraram os dados desta forma, eles descobriram que a Terra, o sol e o resto do disco no qual eles se sentam estão balançando em uma direção – não em direção à posição atual da Grande Nuvem de Magalhães, mas em direção a sua posição em torno de um bilhão anos atrás (a galáxia é uma besta pesada com reflexos lentos, Petersen explicou). Eles recentemente detalharam suas descobertas na Nature Astronomy.
O deslizamento do disco contra o halo mina uma suposição fundamental: a Via Láctea é um objeto em equilíbrio. Ele pode girar e deslizar pelo espaço, mas a maioria dos astrônomos presumiu que, após bilhões de anos, o disco maduro e o halo haviam se estabelecido em uma configuração estável.
A análise de Peñarrubia e Petersen prova que essa suposição está errada. Mesmo depois de 14 bilhões de anos, as fusões continuam a esculpir a forma geral da galáxia. Essa percepção é apenas a última mudança na forma como entendemos o grande fluxo de leite no céu.
“Tudo o que pensávamos saber sobre o futuro e a história da Via Láctea”, disse Petersen, “precisamos de um novo modelo para descrever isso”.
Publicado em 17/12/2020 19h26
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