Os astrónomos observaram, com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), o centro de uma galáxia relativamente próxima conhecida como NGC 253, que produz estrelas a um ritmo muito elevado. Com mais de 300 horas de observação, detetaram mais de uma centena de espécies moleculares, muito mais do que estudos anteriores fora da Via Láctea haviam detetado. A alta sensibilidade do ALMA detetou, com sucesso, moléculas que representam várias fases da evolução estelar na região central de NGC 253, e a alta resolução angular do ALMA resolveu os locais onde estas fases estão a ocorrer. Este tesouro de dados permitiu aos astrónomos compreender melhor a física e a química deste tipo de galáxia. A atualização da sensibilidade de banda larga, como parte do quadro de referência de desenvolvimento do ALMA para 2030, tornará as observações de frequência larga, como este estudo, muito mais eficientes. Os cientistas esperam que a compreensão do mecanismo de formação estelar explosiva avance através da observação simultânea de mais moléculas.

No Universo, algumas galáxias formam estrelas muito mais depressa do que a Via Láctea (a nossa Galáxia). Estas galáxias são chamadas galáxias "starburst" (ou com formação estelar explosiva). Os fenómenos de formação estelar explosiva não duram para sempre. Continua a ser um mistério como pode ocorrer exatamente uma formação tão prolífica de estrelas e como termina. A possibilidade de formação estelar depende das propriedades da matéria-prima a partir da qual as estrelas nascem, como o gás molecular, um material gasoso constituído por várias moléculas. Por exemplo, as estrelas formam-se em regiões densas no interior de nuvens moleculares, onde a gravidade pode atuar mais eficazmente. Algum tempo depois da formação ativa de estrelas, as estrelas existentes e as explosões de estrelas moribundas transmitem energia ao meio circundante, o que pode impedir a futura formação de estrelas. Estes processos físicos têm impacto na química da galáxia e imprimem uma assinatura na intensidade dos sinais das moléculas. Dado que cada molécula emite a frequências específicas, as observações numa vasta gama de frequências permitem analisar as propriedades físicas e dar uma ideia do mecanismo "starburst".

Os astrónomos obtiveram uma nova compreensão dos fenómenos relacionados com o nascimento de estrelas numa galáxia "starburst". Detetaram mais de uma centena de espécies moleculares no centro de uma galáxia com formação estelar explosiva, NGC 253, localizada a cerca de 10 milhões de anos-luz de distância. Esta matéria-prima química é a mais rica encontrada fora da Via Láctea e inclui moléculas que foram detetadas pela primeira vez fora da Via Láctea, como o etanol e o composto PN (nitreto de fósforo). As observações foram efetuadas utilizando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), um radiotelescópio no Chile. Este estudo foi realizado no âmbito do ALCHEMI (ALMA Comprehensive High-resolution Extragalactic Molecular Inventory), liderado por Sergio Martín do ESO/Observatório ALMA, Nanase Harada do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) e Jeff Mangum do NRAO (National Radio Astronomy Observatory).

Topo: espetros do estudo ALCHEMI. Em baixo: imagem esquemática do centro da galáxia "starburst" NGC 253, descrevendo os locais onde várias espécies moleculares estão em destaque, de acordo com o estudo ALCHEMI. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Harada et al.

Em primeiro lugar, este estudo descobriu que o gás molecular de alta densidade irá provavelmente promover a formação ativa de estrelas nesta galáxia. Cada molécula emite em múltiplas frequências, e a intensidade relativa e absoluta do seu sinal muda de acordo com a densidade e a temperatura. Ao analisar vários sinais de algumas espécies moleculares, a quantidade de gás denso no centro de NGC 253 revelou-se mais de dez vezes superior à do centro da Via Láctea, o que poderia explicar porque é que NGC 253 está a formar estrelas cerca de 30 vezes mais eficazmente, até com a mesma quantidade de gás molecular.

Um mecanismo que poderia ajudar à compressão de nuvens moleculares em nuvens mais densas é uma colisão entre essas nuvens. No centro de NGC 253, as colisões de nuvens ocorrem provavelmente onde os fluxos de gás e estrelas se cruzam, gerando ondas de choque que viajam a velocidades supersónicas. Estas ondas de choque evaporam moléculas como o metanol e o HNCO (ácido isociânico), que se congelam em partículas geladas de poeira. Quando as moléculas se evaporam como gás, tornam-se observáveis por radiotelescópios como o ALMA.

Certas moléculas também rastreiam a formação estelar em curso. Sabe-se que as moléculas orgânicas complexas são abundantes à volta de estrelas jovens. Na galáxia NGC 253, este estudo sugere que a formação estelar ativa cria um ambiente quente e denso semelhante ao que se observa em torno de estrelas jovens individuais (protoestrelas) na Via Láctea. A quantidade de moléculas orgânicas complexas no centro de NGC 253 é semelhante à observada em redor das protoestrelas da nossa Galáxia.

Para além das condições físicas que podem promover a formação estelar, o estudo também revelou o ambiente hostil deixado pelas gerações anteriores de estrelas, que pode abrandar a formação de estrelas futuras. Quando as estrelas gigantes morrem, causam explosões massivas conhecidas como supernovas, que emitem partículas energéticas chamadas raios cósmicos. A composição molecular de NGC 253 revelou, a partir do aprimoramento de espécies como H3O+ e HOC+, que as moléculas nesta região tiveram alguns dos seus eletrões retirados pelos raios cósmicos a um ritmo pelo menos 1000 vezes superior ao que se verifica perto do Sistema Solar. Isto sugere um considerável input de energia oriundo das supernovas, o que dificulta a condensação do gás para assim formar estrelas.

Excertos do atlas ALCHEMI do centro de NGC 253. As diferentes cores representam a distribuição de gás molecular (azul), regiões de choque (vermelho), regiões de densidade relativamente alta (laranja), jovem formação estelar explosiva (amarelo), formação estelar explosiva desenvolvida (magenta) e gás molecular afetado por ionização de raios cósmicos (ciano). Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Harada et al.

Finalmente, o estudo ALCHEMI forneceu um atlas de 44 espécies moleculares, duplicando o número disponível em estudos anteriores fora da Via Láctea. Aplicando uma técnica de aprendizagem de máquina a este atlas, os investigadores puderam identificar quais as moléculas que podem traçar mais eficazmente a história da formação estelar acima referida - do princípio ao fim. Tal como foi descrito acima com alguns exemplos, certas espécies moleculares rastreiam fenómenos como ondas de choque ou gás denso, que podem contribuir para a formação estelar. As jovens regiões de formação estelar albergam uma química rica, incluindo moléculas orgânicas complexas. Entretanto, a formação estelar explosiva mostra um aumento do radical ciano que indica a produção energética de estrelas massivas sob a forma de fotões UV, o que poderá também impedir a futura formação estelar. A descoberta destes rastreadores pode ajudar a planear futuras observações utilizando a atualização da sensibilidade de banda larga esperada para esta década como parte do quadro de referência de desenvolvimento do ALMA 2030, com o qual as observações simultâneas de múltiplas transições moleculares se tornarão muito mais fáceis de gerir.

"O ALMA é o único instrumento capaz de fornecer a sensibilidade e a resolução para este tipo de estudo. Graças à possibilidade de realizar grandes programas de observação (que requerem mais de 50 horas de observações), conseguimos compilar um estudo abrangente da química deste objeto extragalático que pode ser diretamente comparada com a encontrada na Via Láctea e no Sistema Solar", explica Sergio Martín, investigador principal deste estudo e chefe do Departamento de Operações Científicas do ALMA. "Com as novas atualizações previstas para esta década, conhecidas como WSU (Wideband Sensitivity Upgrade), seremos capazes de alargar este tipo de estudo a objetos mais fracos e mais distantes para compreender a evolução da química no Universo".

// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// NRAO (comunicado de imprensa)
// NAOJ (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)
// Artigo científico #3 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #3 (arXiv.org)
// Artigo científico #4 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #4 (arXiv.org)
// Artigo científico #5 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #5 (arXiv.org)
// Artigo científico #6 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #6 (arXiv.org)
// Artigo científico #7 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #7 (arXiv.org)
// Artigo científico #8 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #8 (arXiv.org)
// Artigo científico #9 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #9 (arXiv.org)
// Artigo científico #10 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #10 (arXiv.org)
// Artigo científico #11 (Experimental Astronomy)
// Artigo científico #12 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #12 (arXiv.org)
// Artigo científico #13 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #13 (arXiv.org)

Quer saber mais?

NGC 253:
SEDS
Wikipedia

Galáxia "starburst" (ou com formação estelar explosiva):
Wikipedia

Formação estelar:
Wikipedia

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array):
Página principal
ALMA (NRAO)
ALMA (ESO)
Wikipedia

ESO:
Página oficial
Wikipedia