1230: A teia cósmica da Tarântula: astrónomos mapeiam formação estelar em nebulosa fora da nossa Galáxia

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta imagem composta mostra a região de formação estelar 30 Doradus, também conhecida por Nebulosa da Tarântula. A imagem de fundo, obtida no infravermelho, é já por si só uma imagem composta: foi capturada pelo instrumento HAWK-I montado no VLT (Very Large Telescope) e pelo VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), ambos do ESO, e mostra estrelas brilhantes e nuvens cor de rosa claras de gás quente. Os traços brilhantes vermelhos/amarelos que estão sobrepostos na imagem vêm das observações rádio obtidas pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e revelam regiões de gás denso e frio, com o potencial de colapsar e formar novas estrelas. Foi a estrutura em teia muito característica das nuvens de gás que levou os astrónomos a dar a esta nebulosa o nome de tarântula.
Crédito: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey; reconhecimento – Cambridge Astronomical Survey Unit

Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos revelaram detalhes intrincados de 30 Doradus, uma região de formação estelar também conhecida por Nebulosa da Tarântula. Numa imagem de alta resolução divulgada anteontem pelo ESO (Observatório Europeu do Sul), que inclui dados ALMA, vemos a nebulosa numa nova luz, com nuvens de gás que nos mostram como é que as estrelas massivas dão forma a esta região.

“Estes fragmentos podem ser os restos de nuvens, anteriormente grandes e que foram despedaçadas pelas enormes energias emitidas por estrelas jovens massivas, num processo a que chamamos feedback,” disse Tony Wong, que liderou o trabalho de investigação sobre 30 Doradus apresentado no Encontro da Sociedade Astronómica Americana e publicado na revista da especialidade The Astrophysical Journal.

Os astrónomos pensavam inicialmente que o gás existente nestas regiões estivesse demasiado disperso e sobrecarregado por este feedback turbulento para que a gravidade o conseguisse aglomerar para formar novas estrelas. No entanto, os novos dados revelaram também filamentos muito densos onde o papel da gravidade é significativo.

“Os nossos resultados mostram que, até na presença de feedbacks muito fortes, a gravidade consegue exercer uma influência forte, permitindo a continuação da formação estelar,” acrescenta Wong, professor da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, EUA.

Situada na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da nossa própria Via Láctea, a Nebulosa da Tarântula é uma das regiões de formação estelar mais brilhantes e activas da nossa vizinhança galáctica, a cerca de 170.000 anos-luz de distância da Terra.

No seu coração encontram-se algumas das estrelas mais massivas conhecidas, algumas com mais de 150 vezes a massa do nosso Sol, o que faz desta região o local ideal para estudar como é que as nuvens de gás colapsam sob a acção da gravidade para formar novas estrelas.

“O que torna 30 Doradus única é o facto de se encontrar suficientemente perto de nós para podermos estudar com todo o detalhe como é que as estrelas se formam e, no entanto, as suas propriedades são semelhantes àquelas encontradas em galáxias muito distantes, quando o Universo era jovem,” explica Guido De Marchi, cientista na Agência Espacial Europeia (ESA) e co-autor do artigo que apresenta estes resultados.

“Graças a 30 Doradus, podemos estudar como é que as estrelas se formavam há 10 mil milhões de anos atrás, na época em que nasceram a maioria das estrelas do Universo.”

Apesar da maior parte dos estudos anteriores relativos à Nebulosa da Tarântula se terem focado essencialmente em regiões do seu centro, os astrónomos já sabiam desde há muito que a formação de estrelas massivas ocorre também noutros lados. Para compreender melhor este processo, a equipa levou a cabo observações de alta resolução que cobrem uma grande região da nebulosa.

Com o auxílio do ALMA, os investigadores fizeram medições da emissão de monóxido de carbono gasoso, conseguindo assim mapear as enormes nuvens de gás frio da nebulosa que colapsam para dar origem a novas estrelas — e observar como é que se vão modificando à medida que enormes quantidades de energia vão sendo libertadas por essas novas estrelas.

“Estávamos à espera de descobrir que as partes da nebulosa mais próximas das estrelas jovens massivas mostrassem os sinais mais claros da gravidade a ser ultrapassada pelo feedback,” disse Wong. “Em vez disso, descobrimos que a gravidade continua a desempenhar um papel importante mesmo nas regiões da nebulosa que estão muito expostas ao feedback — pelo menos nas partes suficientemente densas.”

Na imagem divulgada pelo ESO, vemos os novos dados ALMA sobrepostos a uma imagem infravermelha da mesma região que mostra estrelas brilhantes e nuvens de gás quente cor-de rosa claras, obtida anteriormente com o VLT (Very Large Telescope) e o VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), ambos do ESO.

A imagem composta mostra uma forma distinta de teia nas nuvens de gás da Nebulosa da Tarântula, o que deu precisamente origem ao seu nome. Os novos dados ALMA correspondem aos traços brilhantes vermelhos e amarelos que vemos na imagem: gás denso muito frio que pode um dia colapsar e formar estrelas.

A nova investigação dá-nos pistas importantes sobre como é que a gravidade se comporta nas regiões de formação estelar da Nebulosa da Tarântula, no entanto o trabalho está longe de chegar ao fim. “Há ainda muito trabalho a fazer com este conjunto de dados e é por isso mesmo que estamos a divulgá-lo publicamente de modo a que outros investigadores possam levar a cabo os seus próprios estudos,” conclui Wong.

Astronomia On-line
17 de Junho de 2022


 

1229: Cientistas, à caça de fósseis da formação planetária, revelam excentricidades inesperadas em disco de detritos próximo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Ao estudar pela primeira vez HD 53143 – uma estrela semelhante ao Sol com cerca de mil milhões de anos – em comprimentos de onda milimétricos, os cientistas descobriram que o disco de detritos da estrela é altamente excêntrico. Ao contrário dos discos de detritos em forma de anel, em que a estrela se situa no centro, HD 53143 está localizada num foco de um disco em forma elíptica e é mostrado como o ponto não resolvido abaixo e à esquerda do centro. Os cientistas pensam que um segundo ponto não resolvido no norte desta imagem é um planeta que está a perturbar e a moldar o disco de detritos.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. MacGregor (U. Colorado, Boulder); S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos fotografaram pela primeira vez o disco de detritos da estrela vizinha HD 53143 em comprimentos de onda milimétricos, e não se parece nada com o que esperavam.

Com base em dados iniciais coronográficos, os cientistas esperavam que o ALMA confirmasse o disco de detritos como um anel visto de face, salpicado por amontoados de poeira. Em vez disso, as observações tomaram um rumo surpreendente, revelando o disco de detritos mais complicado e excêntrico observado.

As observações foram apresentadas numa conferência de imprensa na 240.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. Serão publicadas numa próxima edição da revista The Astrophysical Journal Letters.

HD 53143 – uma estrela semelhante ao Sol com cerca de mil milhões de anos, localizada a 59,8 anos-luz da Terra na direcção da constelação de Carina – foi observada pela primeira vez em 2006 com o instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) do Telescópio Espacial Hubble.

À sua volta também existe um disco de detritos – uma cintura de cometas que orbita uma estrela colidindo constantemente e “moendo” em poeira mais pequena e detritos – que os cientistas pensavam anteriormente ser um anel visto de face semelhante ao disco de detritos que rodeia o nosso Sol, mais vulgarmente conhecido como Cintura de Kuiper.

As novas observações ALMA de HD 53143, utilizando os seus receptores altamente sensíveis de Banda 6, revelaram que o disco de detritos do sistema estelar é altamente excêntrico. Em discos de detritos com a forma de anel, a estrela está tipicamente localizada no centro do disco ou perto dele. Mas em discos excêntricos, de forma elíptica, a estrela reside num dos focos da elipse, distante do centro do disco.

É o caso de HD 53143, que não tinha sido observada em estudos coronográficos anteriores, porque os coronógrafos bloqueiam propositadamente a luz de uma estrela para ver mais claramente os objectos próximos. O sistema estelar também pode estar a abrigar um segundo disco e pelo menos um planeta.

“Até agora, os cientistas nunca tinham visto um disco de detritos com uma estrutura tão complicada. Para além de ser uma elipse com uma estrela num foco, também tem provavelmente um segundo disco interior desalinhado ou inclinado em relação ao disco exterior,” disse Meredith MacGregor, professora assistente no CASA (Center for Astrophysics and Space Astronomy) e Departamento de Astrofísica e Ciências Planetárias da Universidade do Colorado, Boulder, autora principal do estudo. “A fim de produzir esta estrutura, deve haver um planeta ou planetas no sistema que estejam a perturbar gravitacionalmente o material no disco.”

Este nível de excentricidade, disse MacGregor, torna HD 53143 o disco de detritos mais excêntrico observado até à data, sendo duas vezes mais excêntrico do que o disco de Fomalhaut, que MacGregor fotografou completamente em comprimentos de onda milimétricos usando o ALMA em 2017.

“Até agora, não encontrámos muitos discos com uma excentricidade significativa. Em geral, não esperamos que os discos sejam muito excêntricos, a menos que algo, como um planeta, os esteja a esculpir e a forçar com que sejam excêntricos. Sem essa força, as órbitas tendem a tornar-se circulares, como vemos no nosso Sistema Solar.”

MacGregor salienta que os discos de detritos não são apenas colecções de poeira e rochas no espaço. São um registo histórico da formação planetária e de como os sistemas planetários evoluem. E fornecem uma espreitadela ao seu futuro. “Não podemos estudar directamente a formação da Terra e do Sistema Solar, mas podemos estudar outros sistemas que parecem semelhantes ao nosso.

É um pouco como olhar para trás no tempo”, disse. “Os discos de detritos são o registo fóssil da formação planetária e este novo resultado é a confirmação de que há muito mais a aprender com estes sistemas e de que o conhecimento pode proporcionar um vislumbre da complicada dinâmica dos jovens sistemas estelares semelhantes ao nosso Sistema Solar.”

O Dr. Joe Pesce, oficial do programa ALMA na NSF, acrescentou: “Estamos a encontrar planetas para onde quer que olhemos e estes resultados fabulosos do ALMA estão a mostrar-nos como se formam – tanto os que estão à volta de outras estrelas como no nosso próprio Sistema Solar. Esta investigação demonstra como a astronomia funciona e como se faz progresso, informando não só o que sabemos sobre o campo, mas também sobre nós próprios.”

Astronomia On-line
17 de Junho de 2022


 

1228: Jovem galáxia contém evidências de que as primeiras galáxias podem ser maiores e mais complexas do que pensávamos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

A1689-zD1 é uma galáxia formadora de estrelas localizada na direcção da constelação de Virgem. Foi observada pela primeira vez graças à lente gravitacional da galáxia Abell 1689, que fez com que a jovem galáxia aparecesse nove vezes mais luminosa. Novas observações feitas usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) estão a revelar aos cientistas que a jovem galáxia, e outras como ela, podem ser maiores e mais complexas do que se pensava originalmente.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/H. Akins (Grinnell College), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Cientistas usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar uma quantidade significativa de gás frio e neutro nas regiões exteriores da jovem galáxia A1689-zD1, bem como fluxos de gás quente provenientes do centro da galáxia.

Estes resultados podem lançar luz sobre uma fase crítica da evolução galáctica para as primeiras galáxias, onde as jovens galáxias começam a transformação para serem cada vez mais como as suas primas mais recentes e mais estruturadas.

As observações foram apresentadas numa conferência de imprensa na 240.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. Serão publicadas numa próxima edição da revista The Astrophysical Journal.

A1689-zD1 – uma galáxia jovem, activa e formadora de estrelas ligeiramente menos luminosa e menos massiva do que a Via Láctea – está localizada a cerca de 13 mil milhões de anos-luz da Terra na direcção da constelação de Virgem. Foi descoberta escondida por trás do enxame galáctico Abell 1689 em 2007 e confirmada em 2015 graças a lentes gravitacionais, que ampliou o brilho da jovem galáxia mais de 9 vezes.

Desde então, os cientistas têm continuado a estudar a galáxia como uma possível análoga para a evolução de outras galáxias “normais”. Esse rótulo – normal – é uma distinção importante que ajudou os investigadores a dividir os comportamentos e características de A1689-zD1 em dois grupos: típicos e invulgares, com as características invulgares a imitarem as de galáxias mais recentes e mais massivas.

“A1689-zD1 está localizada no Universo inicial – apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. Esta é a era em que as galáxias estavam apenas a começar a formar-se,” disse Hollis Akins, estudante universitário de astronomia em Grinnell College e autor principal da investigação.

“O que vemos nestas observações são evidências de processos que podem contribuir para a evolução daquilo a que chamamos galáxias normais, em oposição às galáxias massivas. Mais importante ainda, estes processos são processos que não pensávamos anteriormente aplicáveis a estas galáxias normais.”

Um destes processos invulgares é a produção e distribuição, na galáxia, do combustível para a formação estelar, potencialmente em grandes quantidades. A equipa usou o receptor de Banda 6 do ALMA, altamente sensível, para observar um halo de gás carbono que se estende muito para além do centro da jovem galáxia.

Isto poderia ser evidência de formação estelar contínua na mesma região ou o resultado de rupturas estruturais, tais como fusões ou fluxos, nas fases mais precoces da formação da galáxia.

De acordo com Akins, isto é invulgar para as primeiras galáxias. “O gás de carbono que observámos nesta galáxia é tipicamente encontrado nas mesmas regiões que o gás hidrogénio neutro, que é também onde novas estrelas tendem a formar-se.

Se for esse o caso para A1689-zD1, a galáxia é provavelmente muito maior do que se pensava anteriormente. É também possível que este halo seja um remanescente da actividade galáctica anterior, como fusões que exerceram forças gravitacionais complexas na galáxia, levando à ejecção de muito gás neutro a estas grandes distâncias.

Em ambos os casos, a evolução precoce desta galáxia foi provavelmente activa e dinâmica e estamos a aprender que este pode ser um tema comum, embora anteriormente não observado, na formação das primeiras galáxias.”

Mais do que apenas invulgar, a descoberta poderá ter implicações significativas para o estudo da evolução galáctica, particularmente à medida que as observações no rádio desvendam detalhes invisíveis nos comprimentos de onda ópticos. Seiji Fujimoto, investigador pós-doutorado no Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr, co-autor da investigação, disse: “A emissão do gás de carbono em A1689-zD1 é muito mais extensa do que a observada com o Telescópio Espacial Hubble e isto pode significar que as primeiras galáxias não são tão pequenas como parecem. Se, de facto, as primeiras galáxias são maiores do que pensávamos anteriormente, isto terá um grande impacto na teoria da formação e evolução das galáxias no Universo primitivo.”

Liderada por Akins, a equipa também observou fluxos de gás quente e ionizado – geralmente provocados por actividade galáctica violenta como super-novas – empurrando para fora do centro da galáxia. Dada a sua natureza potencialmente explosiva, os fluxos podem ter algo a ver com o halo de carbono.

“Os fluxos ocorrem como resultado de actividade violenta, tal como explosões de super-novas – que explodem material gasoso vizinho para fora da galáxia – ou buracos negros nos centros das galáxias – que têm fortes efeitos magnéticos que podem ejectar material em jactos poderosos.

Devido a isto, há uma forte possibilidade de que os fluxos quentes tenham algo a ver com a presença do halo frio de carbono,” disse Akins. “E isso realça ainda mais a importância da natureza multifásica, ou quente para frio, do fluxo gasoso.”

Darach Watson, professor associado no Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr e co-autor da nova investigação, confirmou A1689-zD1 como uma galáxia com um alto desvio para o vermelho em 2015, a mais distante galáxia poeirenta conhecida.

“Temos visto este tipo de grande emissão de halos gasosos de galáxias que se formaram mais tarde no Universo, mas vê-lo numa galáxia tão precoce significa que este comportamento é universal mesmo nas galáxias mais modestas que formaram a maioria das estrelas no início do Universo. Compreender como estes processos ocorreram numa galáxia tão jovem é fundamental para compreender como a formação de estrelas ocorre no Universo primitivo.”

Kirsten Knudsen, professora de astrofísica no Departamento do Espaço, Terra e Ambiente da Universidade de Tecnologia de Chalmers e co-autora da investigação, encontrou evidências do continuum de poeira de A1689-zD1 em 2017. Knudsen realçou o papel fortuito da lente gravitacional extrema para tornar possível cada descoberta na investigação.

“Dado que A1689-zD1 está ampliada mais de nove vezes, podemos ver detalhes críticos que de outra forma são difíceis de observar em observações comuns de galáxias tão distantes. Em última análise, vemos aqui que as primeiras galáxias do Universo são muito complexas e esta galáxia continuará a apresentar novos desafios e resultados de investigação durante algum tempo.”

O Dr. Joe Pesce, oficial do programa ALMA na NSF, acrescentou: “Esta fascinante investigação ALMA acrescenta a um conjunto crescente de resultados que indicam que as coisas não são exactamente como esperávamos no início do Universo, mas são realmente interessantes e excitantes, apesar de tudo!”

Estão planeadas para Janeiro de 2023 observações espectroscópicas e infravermelhas de A1689-zD1, usando os instrumentos NIRSpec IFU (Integral Field Unit) e NIRCam no Telescópio Espacial James Webb. As novas observações vão complementar os dados anteriores do Hubble e do ALMA, fornecendo um olhar multi-comprimento de onda mais profundo e mais completo da jovem galáxia.

Astronomia On-line
17 de junho de 2022