Um novo estudo revelou a verdadeira forma da nuvem difusa de estrelas ao redor do disco de nossa galáxia. Durante décadas, os astrônomos pensaram que essa nuvem de estrelas – chamada de halo estelar – era em grande parte esférica, como uma bola de praia. Agora, um novo modelo baseado em observações modernas mostra que o halo estelar é oblongo e inclinado, muito parecido com uma bola de futebol que acabou de ser chutada.
As descobertas – publicadas este mês no The Astronomical Journal – oferecem insights sobre uma série de áreas temáticas astrofísicas. Os resultados, por exemplo, lançam luz sobre a história de nossa galáxia e a evolução galáctica, ao mesmo tempo em que oferecem pistas na busca contínua pela misteriosa substância conhecida como matéria escura.
“A forma do halo estelar é um parâmetro muito fundamental que acabamos de medir com maior precisão do que era possível antes”, diz o principal autor do estudo Jiwon “Jesse” Han, Ph.D. estudante do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian. “Há muitas implicações importantes do halo estelar não ser esférico, mas em forma de futebol, bola de rugby ou zepelim – faça a sua escolha!”
“Durante décadas, a suposição geral foi de que o halo estelar é mais ou menos esférico e isotrópico, ou o mesmo em todas as direções”, acrescenta o coautor do estudo Charlie Conroy, conselheiro de Han e professor de astronomia na Universidade de Harvard e na Universidade de Harvard. Centro de Astrofísica. “Agora sabemos que a imagem de livro didático de nossa galáxia incorporada em um volume esférico de estrelas deve ser descartada.”
O halo estelar da Via Láctea é a porção visível do que é mais amplamente chamado de halo galáctico. Este halo galáctico é dominado por matéria escura invisível, cuja presença só é mensurável através da gravidade que exerce. Cada galáxia tem seu próprio halo de matéria escura. Esses halos servem como uma espécie de andaime sobre o qual pende a matéria comum e visível. Por sua vez, essa matéria visível forma estrelas e outras estruturas galácticas observáveis. Para entender melhor como as galáxias se formam e interagem, bem como a natureza subjacente da matéria escura, os halos estelares são alvos astrofísicos valiosos.
“O halo estelar é um traçador dinâmico do halo galáctico”, diz Han. “Para aprender mais sobre os halos galácticos em geral, e especialmente o halo galáctico e a história da nossa própria galáxia, o halo estelar é um ótimo lugar para começar.”
Entender a forma do halo estelar da Via Láctea, no entanto, há muito desafia os astrofísicos pela simples razão de que estamos inseridos nele. O halo estelar se estende por várias centenas de milhares de anos-luz acima e abaixo do plano cheio de estrelas de nossa galáxia, onde nosso Sistema Solar reside.
“Ao contrário das galáxias externas, onde apenas olhamos para elas e medimos seus halos”, diz Han, “nos falta o mesmo tipo de perspectiva aérea e externa do halo de nossa própria galáxia”.
Para complicar ainda mais, o halo estelar provou ser bastante difuso, contendo apenas cerca de um por cento da massa de todas as estrelas da galáxia. No entanto, ao longo do tempo, os astrônomos conseguiram identificar muitos milhares de estrelas que povoam esse halo, que são distinguíveis de outras estrelas da Via Láctea devido à sua composição química distinta (ajustável por estudos de sua luz estelar), bem como por suas distâncias e movimentos ao longo do planeta. o céu. Através de tais estudos, os astrônomos perceberam que as estrelas do halo não são distribuídas uniformemente. Desde então, o objetivo tem sido estudar os padrões de superdensidades de estrelas – aparecendo espacialmente como grupos e fluxos – para descobrir as origens finais do halo estelar.
O novo estudo de pesquisadores e colegas do CfA aproveita dois grandes conjuntos de dados coletados nos últimos anos que sondaram o halo estelar como nunca antes.
O primeiro conjunto é de Gaia, uma espaçonave revolucionária lançada pela Agência Espacial Europeia em 2013. Gaia continuou compilando as medidas mais precisas das posições, movimentos e distâncias de milhões de estrelas na Via Láctea, incluindo algumas estrelas do halo estelar próximas .
O segundo conjunto de dados é do H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), uma pesquisa terrestre realizada no MMT, localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple, no Arizona, e uma colaboração entre o CfA e a Universidade do Arizona. H3 reuniu observações detalhadas de dezenas de milhares de estrelas do halo estelar muito distantes para Gaia avaliar.
A combinação desses dados em um modelo flexível que permitiu que a forma do halo estelar emergisse de todas as observações produziu o halo decididamente não esférico – e a forma do futebol se encaixa perfeitamente com outras descobertas até o momento. A forma, por exemplo, concorda independentemente e fortemente com uma teoria líder sobre a formação do halo estelar da Via Láctea.
De acordo com essa estrutura, o halo estelar se formou quando uma galáxia anã solitária colidiu 7-10 bilhões de anos atrás com nossa galáxia muito maior. A galáxia anã que partiu é divertidamente conhecida como Gaia-Salsicha-Enceladus (GSE), onde “Gaia” refere-se à espaçonave acima mencionada, “Salsicha” para um padrão que aparece ao traçar os dados de Gaia e “Enceladus” para o gigante mitológico grego que foi enterrado sob uma montanha – como o GSE foi enterrado na Via Láctea. Como consequência desse evento de colisão galáctica, a galáxia anã foi dilacerada e suas estrelas constituintes espalhadas em um halo disperso. Essa história de origem explica a dessemelhança inerente das estrelas do halo estelar em relação às estrelas nascidas e criadas na Via Láctea.
Os resultados do estudo relatam ainda como o GSE e a Via Láctea interagiram há muito tempo. A forma de bola de futebol – tecnicamente chamada de elipsóide triaxial – reflete as observações de duas pilhas de estrelas no halo estelar. Os pileups se formaram ostensivamente quando o GSE passou por duas órbitas da Via Láctea. Durante essas órbitas, GSE teria desacelerado duas vezes nos chamados apocentros, ou os pontos mais distantes na órbita da galáxia anã do maior atrator gravitacional, a robusta Via Láctea; essas pausas levaram ao derramamento extra de estrelas GSE. Enquanto isso, a inclinação do halo estelar indica que o GSE encontrou a Via Láctea em um ângulo de incidência e não diretamente.
“A inclinação e a distribuição das estrelas no halo estelar fornecem uma confirmação dramática de que nossa galáxia colidiu com outra galáxia menor há 7-10 bilhões de anos”, diz Conroy.
Notavelmente, tanto tempo se passou desde o choque GSE-Via Láctea que as estrelas do halo estelar deveriam se estabelecer dinamicamente na forma esférica clássica e há muito assumida. O fato de que eles provavelmente não falam com o halo galáctico mais amplo, diz a equipe. Essa estrutura dominada por matéria escura provavelmente está torta e, por meio de sua gravidade, também mantém o halo estelar fora de ordem.
“O halo estelar inclinado sugere fortemente que o halo de matéria escura subjacente também está inclinado”, diz Conroy. “Uma inclinação no halo da matéria escura pode ter ramificações significativas para nossa capacidade de detectar partículas de matéria escura em laboratórios na Terra”.
O último ponto de Conroy alude aos vários experimentos com detectores de matéria escura que estão sendo executados e planejados. Esses detectores podem aumentar suas chances de capturar uma interação indescritível com a matéria escura se os astrofísicos puderem julgar onde a substância está mais concentrada, galaticamente falando. À medida que a Terra se move pela Via Láctea, ela encontrará periodicamente essas regiões de partículas de matéria escura densas e de alta velocidade, aumentando as chances de detecção.
A descoberta da configuração mais plausível do halo estelar pode levar muitas investigações astrofísicas adiante, ao mesmo tempo em que preenche detalhes básicos sobre nosso lugar no universo.
“Estas são perguntas tão intuitivamente interessantes para perguntar sobre nossa galáxia: ‘Como é a galáxia?’ e ‘Como é a auréola estelar?'”, diz Han. “Com esta linha de pesquisa e estudo em particular, estamos finalmente respondendo a essas perguntas.”
Publicado em 21/11/2022 10h11
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