Uma equipa internacional de investigadores liderada por astrónomos do Instituto Max Planck de Astronomia mapeou meticulosamente e com um detalhe sem precedentes as grandes regiões de gás frio e denso, os futuros berçários estelares, numa galáxia que não a Via Láctea. Utilizando o interferómetro NOEMA, estas observações cobrem uma vasta extensão da galáxia, fornecendo informações sobre as diferentes condições conducentes à formação de estrelas. Os dados marcam um feito pioneiro neste tipo de medições, permitindo aos investigadores, pela primeira vez, examinar as fases iniciais da formação estelar para além da Via Láctea em escalas tão minúsculas como nuvens de gás individuais que dão origem a estrelas.

Paradoxalmente, a evolução das estrelas quentes inicia-se em alguns dos domínios mais frios do Universo - densas nuvens de gás e poeira que atravessam galáxias inteiras. "Para investigar as fases iniciais da formação de estrelas, onde o gás se condensa gradualmente até produzir estrelas, temos primeiro de identificar estas regiões", diz Sophia Stuber, estudante de doutoramento no Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha. É a autora principal do artigo de investigação publicado na revista Astronomy & Astrophysics. "Para este efeito, medimos a radiação emitida por moléculas específicas que são particularmente abundantes nestas zonas extremamente frias e densas".

Moléculas como sondas químicas

Os astrónomos utilizam normalmente moléculas como o HCN (cianeto de hidrogénio) e o N2H+ (diazenílio) como sondas químicas para explorar a formação de estrelas na Via Láctea. "Mas só agora conseguimos medir estas assinaturas em grande pormenor numa vasta gama de galáxias que não a Via Láctea, cobrindo várias zonas com condições diversas", explica Eva Schinnerer, líder do grupo de investigação do Instituto Max Planck de Astronomia. "Mesmo à primeira vista, é evidente que, embora as duas moléculas revelem efetivamente gás denso, também revelam diferenças interessantes."

Através de colisões com as abundantes moléculas de hidrogénio, que são elas próprias difíceis de detetar, outras moléculas entram em rotação. Após uma redução da velocidade de rotação, emitem radiação com comprimentos de onda característicos, cerca de três milímetros para as moléculas acima referidas.

Estas medições fazem parte de um programa de observação abrangente denominado SWAN (Surveying the Whirlpool at Arcsecond with NOEMA), coliderado por Schinnerer e Frank Bigiel da Universidade de Bona. Utilizando o NOEMA (Northern Extended Millimetre Array), um interferómetro de rádio situado nos Alpes franceses, a equipa pretende estudar a distribuição de várias moléculas nos 20.000 anos-luz interiores da Galáxia do Redemoinho (Messier 51), incluindo o cianeto de hidrogénio e o diazenílio. Para além das 214 horas de observação deste programa, cerca de 70 horas de outras campanhas de observação com o telescópio de prato único de 30 metros no sul da Espanha complementam o conjunto de dados.

"Como os dados dos interferómetros de rádio são muito mais complexos do que as imagens dos telescópios, o processamento e o refinamento dos dados demoraram aproximadamente outro ano", realça Jérôme Pety do IRAM (Institute de Radioastronomie Millimétrique), a instituição que opera os telescópios. Os telescópios interferométricos, como o NOEMA, são constituídos por várias antenas individuais que, em conjunto, atingem uma resolução de pormenor comparável à de um telescópio com um espelho primário de diâmetro equivalente ao espaço entre os telescópios individuais.

As propriedades do gás dependem do ambiente

Dado que observamos esta galáxia a uma distância de aproximadamente 28 milhões de anos-luz, podemos distinguir assinaturas de nuvens de gás individuais em diversas áreas, como o centro e os braços espirais. "Aproveitámos esta circunstância para determinar até que ponto os dois gases rastreiam as nuvens densas desta galáxia e se são igualmente adequados", explica Stuber.

Embora a intensidade da radiação do cianeto de hidrogénio e do diazenílio aumente e diminua consistentemente ao longo dos braços espirais, fornecendo resultados igualmente fiáveis para determinar a densidade do gás, os astrónomos encontram um desvio notável no centro galáctico. Em comparação com o diazenílio, o brilho da emissão de cianeto de hidrogénio aumenta mais significativamente nesta região. Parece existir aí um mecanismo que estimula o cianeto de hidrogénio a emitir luz adicional, o que não se observa no diazenílio.

"Suspeitamos que o núcleo galáctico ativo na Galáxia do Redemoinho é responsável por isto", diz Schinnerer. Esta região rodeia o buraco negro massivo central. Antes de o gás cair no buraco negro, forma um disco giratório, acelera a altas velocidades e é aquecido a milhares de graus por fricção, emitindo radiação intensa. Esta radiação poderia, de facto, contribuir parcialmente para a emissão adicional de moléculas de cianeto de hidrogénio. "No entanto, ainda temos de explorar em pormenor o que faz com que os dois gases se comportem de forma diferente", acrescenta Schinnerer.

Um desafio que vale a pena

Assim, pelo menos na região central da galáxia M51, o diazenílio parece ser a sonda de densidade mais fiável do que o cianeto de hidrogénio. Infelizmente, brilha em média cinco vezes menos para a mesma densidade de gás, aumentando significativamente o esforço de medição. A sensibilidade adicional necessária é conseguida através de um período de observação consideravelmente mais longo.

A perspetiva de explorar em pormenor as fases iniciais em galáxias fora da Via Láctea traz esperança aos cientistas. Uma visão tão clara da Galáxia do Redemoinho não está disponível para a Via Láctea. Embora as nuvens moleculares e as regiões de formação estelar estejam mais próximas na Via Láctea, determinar a estrutura exata e a localização dos braços espirais e das nuvens é consideravelmente mais difícil.

"Embora possamos aprender muito com o programa de observação detalhada da Galáxia do Redemoinho, este é, de certa forma, um projeto piloto", salienta Stuber. "Gostaríamos muito de explorar mais galáxias desta forma no futuro". No entanto, esta possibilidade enfrenta atualmente limitações devido às capacidades técnicas. A Galáxia do Redemoinho brilha excecionalmente à luz destas sondas químicas. Para outras galáxias, os telescópios e os instrumentos têm de ser muito mais sensíveis.

"O ngVLA (next-generation Very Large Array), atualmente em planeamento, deverá ser suficientemente potente", espera Schinnerer. Se tudo correr bem, só estará disponível daqui a cerca de dez anos. Até lá, a Galáxia do Redemoinho serve como um rico laboratório para explorar a formação estelar à escala galáctica.

// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Bona (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Formação estelar:
Wikipedia

Galáxia do Redemoinho (Messier 51):
NASA
SEDS
Wikipedia

NOEMA (Northern Extended Milimeter Array):
IRAM
Wikipedia