No ambiente caótico dos enxames estelares abertos, as fortes interações gravitacionais entre corpos podem lançar estrelas individuais para fora, até mesmo para fora da nossa Galáxia, a Via Láctea. Agora, pela primeira vez, e utilizando novos dados da missão Gaia da ESA , os investigadores mapearam várias dessas estrelas, que existem fora do disco da Galáxia, até aos seus enxames originários.

Os investigadores da Universidade Lehigh apresentaram os seus resultados no passado dia 10 de janeiro, numa conferência de imprensa do 243.º Encontro da Sociedade Astronómica Americana em Nova Orleães.

"Ao rastreá-las no tempo, conseguimos fazer corresponder 15 estrelas aos enxames estelares onde nasceram", disse M. Virginia (Ginny) McSwain, professora associada de física em Lehigh. "Se pudermos dizer com grande confiança de onde vieram algumas destas estrelas, saberemos mais sobre a história dos enxames estelares na Via Láctea."

A maioria das estrelas fora do disco da Via Láctea, que inclui os braços espirais com um bojo no centro, têm mais de 8 mil milhões de anos, tendo sido formadas no início da história da Galáxia. Dada a sua idade muito avançada, não é surpreendente que tenham viajado para longe dos seus locais de nascimento.

Uma vez que quase toda a formação estelar da Galáxia ocorre no disco, as estrelas quentes do tipo B raramente são encontradas fora desta região. No entanto, um pequeno número destas jovens estrelas - com idades estimadas entre 10 e 100 milhões de anos - encontram-se a grandes altitudes acima e abaixo do disco, provavelmente ejetadas dos enxames onde nasceram ao longo dos últimos milhões de anos.

"As estrelas quentes não se aventuram muitas vezes para fora do disco, por isso, quando o fazem, ficam visivelmente fora do lugar", disse Brandon Schweers, estudante de Lehigh que forneceu uma investigação fundamental para o projeto. "Os enxames 'natais' provavelmente ejetaram a maior parte destas estrelas do tipo B quando interações gravitacionais próximas, de três ou quatro corpos, 'empurraram' um membro do enxame, fazendo-o fugir do plano da Via Láctea."

Uma das estrelas estudadas foi projetada a uma velocidade particularmente elevada, pelo que pode ter sido ejetada durante uma supernova num sistema estelar binário próximo, disse Schweers, estudante finalista de astrofísica. As estrelas podem até ser projetadas para fora, apenas para inverterem rumo e serem novamente expulsas.

Embora estas estrelas "órfãs" sejam conhecidas há duas décadas, nenhuma delas tinha sido mapeada até ao seu local de origem, uma vez que não existiam dados de qualidade. No entanto, com os dados da missão Gaia, os investigadores conseguiram decifrar os movimentos das estrelas com maior precisão do que a anteriormente disponível.

Este gif ilustra o percurso de 95 estrelas, desde há 30 milhões de anos até hoje. Crédito: B. Schweers, Universidade Lehigh

Usando as trajetórias para "voltar atrás no tempo"

A missão Gaia, lançada em 2013, tem como objetivo o levantamento de mais de mil milhões de estrelas na Via Láctea e a construção de um mapa tridimensional preciso da Galáxia. Os dados incluem medições de posição sem precedentes para as estrelas e medições de velocidade radial para os 150 milhões de objetos mais brilhantes.

Com base nos dados do Gaia divulgados em 2022, os investigadores de Lehigh traçaram as trajetórias cinemáticas de 95 estrelas B de alta latitude e de cerca de 1400 enxames abertos conhecidos para identificar momentos, no passado, em que se podem ter intersetado e em que pode ter ocorrido uma expulsão.

"Usando as suas posições e velocidades 3D no espaço, conseguimos calcular as trajetórias de cada enxame e de cada estrela de alta latitude nos últimos 30 milhões de anos", disse McSwain. Utilizaram o pacote Python galpy, de código aberto, para a análise da dinâmica galáctica e assim modelar o campo gravitacional da Galáxia em cada ponto.

Depois de identificarem potenciais correspondências, compararam a cor e o brilho de cada estrela ejetada com o diagrama de Hertzsprung-Russell para cada enxame aberto. Um enxame aberto tem geralmente milhares de estrelas da mesma idade e composição, à mesma distância.

"A forma do diagrama H-R depende sobretudo da idade do enxame, pelo que podemos saber se a estrela ejetada tem uma idade semelhante à das suas potenciais irmãs", disse McSwain. A aplicação do teste H-R reduziu ainda mais a lista de potenciais combinações.

Finalmente, analisaram as densidades do núcleo de cada enxame que era uma possível correspondência. Os enxames com maior densidade têm mais interações gravitacionais fortes entre os seus membros, o que lhes confere maior potencial de ejeção.

Testes positivos de paternidade

Combinando estas ferramentas, os investigadores confirmaram a paternidade de 15 estrelas órfãs. Foi esse rastreio genealógico galáctico que deu a Schweers a ideia para o título da sua apresentação.

"Quando cheguei à fase de comparar a cor e o brilho das potenciais correspondências e de descartar as que mostravam uma fraca correlação nos diagramas H-R, senti-me como se estivesse a comparar o 'ADN' das estrelas órfãs e das suas potenciais irmãs", disse Schweers. "Para muitos destes enxames, eu estava essencialmente a dizer-lhes que não são os pais destas estrelas órfãs, por isso criei o termo 'Stellar Paternity Tests'".

Com base nos seus cálculos de trajetória, os investigadores estimam que as expulsões ocorreram há cerca de 5 milhões a 30 milhões de anos, "atirando estrelas abandonadas através da Via Láctea a velocidades de 30-220 km/s para as suas posições atuais", escreveram. "Os nossos resultados fornecem uma medida da idade de ejeção para cada estrela órfã, oferecendo uma nova visão da importância relativa da ejeção dinâmica vs. a ejeção por supernovas em enxames abertos jovens."

Os cientistas acrescentaram ainda que embora tenham conseguido encontrar correspondências para algumas das estrelas distantes, algumas não puderam ser rastreadas até ao disco da Via Láctea de forma muito plausível, o que pode fornecer evidências de outros cenários invulgares. Estes podem incluir a rara formação de estrelas em nuvens moleculares fora do disco, ou podem ser relíquias de galáxias anãs que se fundiram com a Via Láctea no passado.

// Universidade Lehigh (comunicado de imprensa)

Quer saber mais?

Estrelas de classe B:
Wikipedia

Via Láctea:
CCVAlg - Astronomia
Wikipedia
SEDS

Enxames abertos:
CCVAlg - Astronomia
Wikipedia

Diagrama de Hertzsprung-Russell:
Wikipedia

galpy:
Página principal

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia