Este mapa foi criado a partir dos dados de mais de 1,8 mil milhões de estrelas. Mostra o brilho total e a cor de estrelas observadas pelo satélite Gaia da ESA como parte do EDR3.
As regiões mais brilhantes representam concentrações mais densas de estrelas brilhantes, enquanto as regiões mais escuras correspondem a zonas do céu onde são observadas menos estrelas e mais ténues. A cor da imagem foi obtida através da combinação da quantidade total de luz com a quantidade de luz azul e vermelha registada pelo Gaia em cada zona do céu.
A brilhante estrutura horizontal que domina a imagem é o plano da nossa Galáxia. É na realidade um disco achatado visto de lado que contém a maior parte das estrelas da Via Láctea. No meio da imagem, o Centro Galáctico aparece brilhante e repleto de estrelas.
As regiões escuras no plano Galáctico correspondem a nuvens de gás e poeira interestelar no plano da frente, que absorvem a luz de estrelas mais distantes. Muitas destas nuvens escondem berçários estelares onde estão a nascer novas gerações de estrelas.
Salpicados pela imagem também estão muito enxames abertos e globulares, bem como galáxias inteiras para lá da nossa. Os dois objetos brilhantes em baixo e à direita são a Grande e a Pequena Nuvens de Magalhães, duas galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.
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Uma imagem complementar que mostra o mapa de densidade do Gaia está aqui disponível.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC. Reconhecimento: A. Moitinho

Utilizando dados da missão Gaia da ESA, os astrónomos mostraram que uma parte da Via Láctea conhecida como "disco espesso" começou a formar-se há 13 mil milhões de anos, cerca de 2 mil milhões de anos antes do esperado, e apenas 0,8 mil milhões de anos após o Big Bang.

Este resultado surpreendente vem de uma análise realizada por Maosheng Xiang e Hans-Walter Rix, do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha. Tiraram dados de brilho e de posicionamento do conjunto de dados EDR3 (Early Data Release 3) do Gaia e combinaram-nos com medições das composições químicas das estrelas, fornecidas por dados do LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) da China para cerca de 250.000 estrelas a fim de derivarem a sua idade.

Optaram por olhar para estrelas subgigantes. Nestas estrelas, a energia deixou de ser gerada no núcleo da estrela, tendo-se deslocado para uma concha em torno do núcleo. A própria estrela está a transformar-se numa estrela gigante vermelha. Dado que a fase subgigante é uma fase evolutiva relativamente breve na vida de uma estrela, permite que a sua idade seja determinada com grande precisão, mas continua a ser um cálculo complicado.

Qual é a idade das estrelas?

A idade de uma estrela é um dos parâmetros mais difíceis de determinar. Não pode ser medida diretamente, tem que ser inferida através da comparação das características de uma estrela com modelos de computador de evolução estelar. Os dados relativos à composição ajudam a fazê-lo. O Universo nasceu quase exclusivamente com hidrogénio e hélio. Os outros elementos químicos, conhecidos coletivamente como metais para os astrónomos, são feitos dentro das estrelas e explodem para o espaço no final da vida de uma estrela, onde podem ser incorporados na próxima geração de estrelas. Assim, as estrelas mais antigas têm menos metais e diz-se que têm uma metalicidade inferior.

Os dados do LAMOST fornecem a metalicidade. Juntos, o brilho e a metalicidade permitem aos astrónomos extrair a idade da estrela dos modelos de computador. Antes do Gaia, os astrónomos trabalhavam com incertezas de 20-40 por cento, o que poderia resultar em que as idades determinadas fossem imprecisas em mil milhões de anos ou mais.

A publicação de dados EDR3 do Gaia altera esta situação. "Com os dados de brilho do Gaia, somos capazes de determinar a idade de uma estrela subgigante com um erro de apenas alguns pontos percentuais," diz Maosheng. Armados com idades precisas para um-quarto de milhão de estrelas subgigantes espalhadas pela Galáxia, Maosheng e Hans-Walter deram início à análise.

Anatomia da Via Láctea

A nossa Galáxia é feita de diferentes componentes. No geral, estes podem ser divididos no halo e no disco. O halo é a região esférica que rodeia o disco, e tem sido tradicionalmente pensado como sendo o componente mais antigo da Galáxia. O disco é composto por duas partes: o disco fino e o disco espesso. O disco fino contém a maioria das estrelas que vemos como a faixa de luz no céu noturno a que chamamos Via Láctea. O disco espesso tem mais do dobro da altura do disco fino, mas é menor em raio, contendo apenas uma pequena percentagem das estrelas da Via Láctea na vizinhança solar.

Ao identificar estrelas subgigantes nestas diferentes regiões, os investigadores conseguiram construir uma linha temporal da formação da Via Láctea - e foi aí que tiveram uma surpresa.

Duas fases na história da Via Láctea

As idades estelares revelaram claramente que a formação da Via Láctea tem duas fases distintas. Na primeira fase, que começou apenas 0,8 mil milhões de anos após o Big Bang, o disco espesso começou a formar estrelas. As partes internas do halo podem também ter começado a juntar-se nesta fase, mas o processo acelerou rapidamente até à sua conclusão cerca de dois mil milhões de anos depois, quando uma galáxia anã conhecida como Gaia-Salsicha-Encélado se fundiu com a Via Láctea. Preencheu o halo com estrelas e, como claramente revelado pelo novo trabalho, desencadeou o disco espesso nascente para formar a maioria das suas estrelas. O disco fino de estrelas que contém o Sol foi formado durante a subsequente segunda fase da formação da Galáxia.

A análise também mostra que após a explosão de formação estelar, desencadeada pela fusão com Gaia-Salsicha-Encélado, o disco espesso continuou a formar estrelas até que o gás foi consumido cerca de 6 mil milhões de anos após o Big Bang. Durante este tempo, a metalicidade do disco espesso cresceu por mais do que um fator de 10. Mas, notavelmente, os investigadores veem uma relação estelar muito íntima entre a idade e a metalicidade, o que indica que durante todo esse período, o gás que formava as estrelas foi bem misturado por todo o disco. Isto implica que as primeiras regiões do disco da Via Láctea devem ter sido formadas a partir de gás altamente turbulento que efetivamente espalhou os metais por todo o lado.

Uma linha temporal graças ao Gaia

A idade da formação inicial do disco espesso aponta para uma imagem diferente da história inicial da nossa Galáxia. "Desde a descoberta da antiga fusão com Gaia-Salsicha-Encélado, em 2018, que os astrónomos suspeitam que a Via Láctea já existia antes da formação do halo, mas não tínhamos uma imagem clara de como era essa Via Láctea. Os nossos resultados fornecem detalhes requintados sobre essa parte da Via Láctea, tais como a data do seu nascimento, o seu ritmo de formação estelar e a história do enriquecimento metálico. A reunião destas descobertas, utilizando dados do Gaia, está a revolucionar a nossa imagem de quando e como a nossa Galáxia foi formada," diz Maosheng.

E podemos ainda não estar a olhar suficientemente longe no Universo para ver discos galácticos semelhantes em formação. Uma idade de 13 mil milhões de anos corresponde a um desvio para o vermelho de 7, onde o desvio para o vermelho é uma medida que quão longe está um objeto celeste e por isso quanto tempo a sua luz demorou a atravessar o espaço até nós.

Novas observações poderão surgir num futuro próximo, uma vez que o Telescópio Espacial James Webb foi otimizado para ver as primeiras galáxias semelhantes à Via Láctea. E, no dia 13 de junho deste ano, o Gaia lançará a sua terceira publicação completa de dados (Gaia DR3). Este catálogo vai incluir espectros e informações derivadas como idades e metalicidades, tornando estudos como o de Maosheng ainda mais fáceis de realizar.

"Com cada nova análise e publicação de dados, o Gaia permite-nos reconstituir a história da nossa Galáxia com cada vez mais detalhes. Com o lançamento do Gaia DR3 em junho, os astrónomos poderão enriquecer ainda mais esta história," diz Timo Prusti, cientista do projeto Gaia da ESA.

Estrutura básica da nossa Galáxia, vista de lado. Os novos resultados da missão Gaia da ESA fornecem uma reconstrução da história da Via Láctea, em particular da evolução do chamado disco espesso.
Crédito: Stefan Payne-Wardenaar/Instituto Max Planck para Astronomia

Impressão de artista da nossa Galáxia, a Via Láctea, uma "galáxia espiral barrada" com cerca de 13 mil milhões de anos que alberga algumas centenas milhares de milhões de estrelas.
À esquerda, uma vista frontal mostra a estrutura espiral do disco galáctico, onde se encontra a maioria das estrelas, intercalada por uma mistura difusa de gás e poeira cósmica. O disco mede cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro e o Sol situa-se a cerca de meio caminho entre o seu centro e a periferia.
À direita, uma vista de lado revela a forma achatada do disco. As observações apontam para uma subestrutura: um disco fino com cerca de 700 anos-luz de altura embutido num disco espesso, com cerca de 3000 anos-luz de altura e povoado por estrelas mais antigas.
Esta vista lateral mostra também o Bojo Galáctico, localizado na porção central da Via Láctea e albergando cerca de 10 mil milhões de estrelas, que são principalmente antigas e vermelhas. O Bojo, também visível na imagem à esquerda, tem uma forma geral alongada que se assemelha à de uma barra em forma de amendoim, com meio comprimento de cerca de 10.000 anos-luz, fazendo da Via Láctea uma galáxia em espiral barrada.
Para além do disco e da protuberância está o halo estelar, uma estrutura aproximadamente esférica com um raio de cerca de 100.000 anos-luz, contendo estrelas isoladas, bem como muitos enxames globulares - grandes aglomerados compactos de algumas das estrelas mais antigas da Galáxia. Numa escala mais grandiosa, a Via Láctea está embutida num halo ainda maior de matéria escura invisível.
Crédito: esquerda - NASA/JPL-Caltech; direita - ESA; esquema - ESA/ATG medialab

// ESA (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

CCVAlg - Astronomia:
21/05/2021 - Determinando idades estelares para uma perspetiva mais detalhada da "montagem" da Via Láctea
23/10/2020 - Evidência de colisão lateral com galáxia anã descoberta na Via Láctea
21/01/2020 - TESS determina idade de antiga colisão com a Via Láctea
26/07/2019 - Revelados os primeiros dias da Via Láctea
02/11/2018 - Astrónomos descobrem o gigante que moldou os primórdios da Via Láctea
10/07/2018 - A "salsicha Gaia": a grande colisão que mudou a Via Láctea

Via Láctea:
CCVAlg - Astronomia
Wikipedia
SEDS
Disco fino (Wikipedia)
Disco espesso (Wikipedia)

Estrela subgigante:
Wikipedia

Gaia-Salsicha-Encélado:
Wikipedia
Simulação da Salsicha Gaia (Denis Erkal via YouTube)

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
EDR3 do Gaia
SPACEFLIGHT101
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LAMOST:
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