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ASTRÓNOMOS DIVULGAM NOVO MAPA DAS REGIÕES MAIS EXTERNAS DA VIA LÁCTEA
23 de abril de 2021

 


Imagens da Via Láctea e da Grande Nuvem de Magalhães (GNM) sobrepostas a um mapa do halo galáctico circundante. A estrutura mais pequena é um rastro criado pelo movimento da GNM pela região. A maior característica com tons azuis claro corresponde a uma densidade alta de estrelas observada no hemisfério norte da nossa Galáxia.
Crédito: NASA/ESA/JPL-Caltech/Conroy et al. 2021; ver versão não legendada

 

Usando dados de telescópios da NASA e da ESA, astrónomos divulgaram um novo mapa do céu da região mais externa da nossa Galáxia. Conhecida como halo galáctico, esta área fica fora dos braços espirais que formam o reconhecível disco central da Via Láctea e é esparsamente povoada por estrelas. Embora o halo possa parecer quase vazio, também se prevê que contenha um reservatório massivo de matéria escura, uma substância misteriosa e invisível que se pensa constituir a maior parte de toda a massa no Universo.

Os dados do novo mapa vêm da missão Gaia da ESA e do NEOWISE (Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer) da NASA, que operou de 2009 a 2013 sob o nome WISE. O estudo faz uso de dados recolhidos pela nave espacial entre 2009 e 2018.

O novo mapa revela como uma pequena galáxia chamada Grande Nuvem de Magalhães (GNM) - assim chamada porque é a maior das duas galáxias anãs que orbitam a Via Láctea - navegou através do halo galáctico da Via Láctea como um navio pela água, a sua gravidade criando um rastro nas estrelas por trás. A GNM está localizada a cerca de 160.000 anos-luz da Terra e tem menos de um-quarto da massa da Via Láctea.

Embora as porções internas do halo já tenham sido mapeadas com um alto nível de precisão, este é o primeiro mapa a fornecer uma imagem semelhante das regiões externas do halo, onde o rastro estelar se encontra – situadas a 200.000-325.000 anos-luz do Centro Galáctico. Estudos anteriores sugeriram a existência deste rastro, mas o mapa de todo o céu confirma a sua presença e fornece uma visão detalhada da sua forma, tamanho e localização.

Esta perturbação no halo também fornece aos astrónomos a oportunidade de estudar algo que não podem observar diretamente: a matéria escura. Embora não emita, reflita ou absorva luz, a influência gravitacional da matéria escura foi observada em todo o Universo. Pensa-se que crie um "andaime" sobre o qual as galáxias são construídas, de modo que sem ela as galáxias separar-se-iam enquanto giram. Estima-se que a matéria escura seja cinco vezes mais comum no Universo do que toda a matéria que emite e/ou interage com a luz, desde estrelas a planetas e nuvens de gás.

Embora existam várias teorias sobre a natureza da matéria escura, todas indicam que deve estar presente no halo da Via Láctea. Se for esse o caso, à medida que a GNM navega por esta região, deverá deixar um rastro na matéria escura também. O rastro observado no novo mapa estelar é considerado o contorno do rastro de matéria escura; as estrelas são como folhas à superfície deste oceano invisível, a sua posição mudando com a matéria escura.

A interação entre a matéria escura e a Grande Nuvem de Magalhães tem grandes implicações para a nossa Galáxia. À medida que a GNM orbita a Via Láctea, a gravidade da matéria escura puxa-a e trava-a. Isto faz com que a órbita da galáxia anã fique cada vez mais pequena, até que finalmente colida com a Via Láctea daqui a cerca de 2 mil milhões de anos. Estes tipos de fusões podem ser os principais impulsionadores do crescimento de galáxias massivas por todo o Universo. De facto, os astrónomos pensam que a Via Láctea se fundiu com outra galáxia pequena há mais ou menos 10 mil milhões de anos.

"Este roubo de energia de uma galáxia mais pequena não é somente o motivo porque a GNM está a fundir-se com a Via Láctea, é também a razão de todas as fusões galácticas," disse Rohan Naidu, estudante de doutoramento em astronomia na Universidade de Harvard e coautor do novo artigo científico. "O rastro no nosso mapa é uma confirmação realmente interessante de que a nossa imagem básica de como as galáxias se fundem está correta!"

Uma oportunidade rara

Os autores do artigo também acham que o novo mapa - juntamente com dados adicionais e análises teóricas - pode fornecer um teste para diferentes teorias sobre a natureza da matéria escura, como por exemplo se consiste de partículas, ou como a matéria normal, e quais as propriedades destas partículas.

"Podemos imaginar que o rastro de um barco será diferente se estiver a navegar pela água ou pelo mel," disse Charlie Conroy, professor na Universidade de Harvard e astrónomo do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian, coautor do estudo. "Neste caso, as propriedades do rastro são determinadas pela teoria da matéria escura que aplicarmos."

Conroy liderou a equipa que mapeou as posições de mais de 1300 estrelas no halo. O desafio surgiu ao tentar medir a distância exata da Terra a uma grande parte dessas estrelas: muitas vezes é impossível descobrir se uma estrela é fraca e próxima ou brilhante e distante. A equipa usou dados da missão Gaia da ESA, que fornece a localização de muitas estrelas no céu, mas não pode medir distâncias até às estrelas nas regiões externas da Via Láctea.

Depois de identificar estrelas provavelmente localizadas no halo (porque obviamente não estavam dentro da nossa Galáxia ou da GNM), a equipa procurou estrelas pertencentes a uma classe de estrelas gigantes com uma "assinatura" de luz específica detetável pelo NEOWISE. O conhecimento das propriedades básicas das estrelas selecionadas permitiu à equipa descobrir a sua distância à Terra e criar o novo mapa. Este mapeia uma região que começa a cerca de 200.000 anos-luz do centro da Via Láctea, ou onde o rastro da GNM está previsto começar, e estende-se aproximadamente 125.000 anos-luz para lá dessa zona.

Conroy e colegas foram inspirados a caçar o rastro da GNM depois de ficarem a saber de uma equipa de astrofísicos da Universidade do Arizona, em Tucson, EUA, que faz modelos de computador que preveem o aspeto da matéria escura no halo galáctico. Os dois grupos trabalharam juntos no novo estudo.

Um modelo da equipa do Arizona, incluído no novo estudo, previu a estrutura geral e a localização específica do rastro estelar revelado no novo mapa. Assim que os dados confirmaram que o modelo estava correto, a equipa pôde confirmar o que outras investigações também sugeriram: que a GNM está provavelmente na sua primeira órbita em torno da Via Láctea. Se a galáxia anã já tivesse concluído várias órbitas, a forma e a localização do rastro seriam significativamente diferentes do que foi observado. Os astrónomos pensam que a GNM se formou no mesmo ambiente que a Via Láctea e outra galáxia próxima, M31, e que está perto de completar uma longa primeira órbita em torno da nossa Galáxia (cerca de 13 mil milhões de anos). A sua próxima órbita será muito mais pequena devido à sua interação com a Via Láctea.

"A confirmação da nossa previsão teórica com dados observacionais diz-nos que a nossa compreensão da interação entre estas duas galáxias, incluindo a matéria escura, está no caminho certo," disse Nicolás Garavito-Camargo, estudante de doutoramento na Universidade do Arizona, que liderou os trabalhos do modelo usado no artigo científico.

O novo mapa também fornece aos astrónomos uma oportunidade rara de testar as propriedades da matéria escura (a água ou o mel imaginários) na nossa própria Galáxia. No novo estudo, Garavito-Camargo e colegas usaram uma teoria popular da matéria escura chamada matéria escura fria que se ajusta relativamente bem ao mapa estelar observado. Agora, a equipa da Universidade do Arizona está a executar simulações que usam diferentes teorias da matéria escura para ver qual delas corresponde ao rastro estelar observado.

"É um conjunto realmente especial de circunstâncias que se juntaram para criar este cenário que nos permite testar as nossas teorias da matéria escura," disse Gurtina Besla, coautora do estudo e professora associada na Universidade do Arizona. "Mas só podemos realizar este teste com a combinação deste novo mapa e das simulações de matéria escura que construímos."

Lançada em 2009, a nave espacial WISE foi colocada em hibernação em 2011 após completar a sua missão principal. Em setembro de 2013, a NASA reativou-a com o objetivo principal de rastrear objetos próximos da Terra, e a missão e espaçonave mudaram de nome para NEOWISE.

 

 


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// NASA (comunicado de imprensa)
// Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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