A aprendizagem de máquina lançou uma nova luz sobre a história da formação da nossa Via Láctea: uma descoberta surpreendente no que toca à evolução da nossa Galáxia, recorrendo a dados da missão Gaia, encontrou um grande número de estrelas antigas em órbitas semelhantes à do nosso Sol. Estas estrelas formaram o disco fino da Via Láctea menos de mil milhões de anos após o Big Bang, ou seja, vários milhares de milhões de anos antes do que se pensava.

A Via Láctea tem um grande halo, um bojo e uma barra central, um disco espesso e um disco fino. A maioria das estrelas está localizada no chamado disco fino da nossa Via Láctea e segue uma rotação organizada em torno do centro galáctico. As estrelas de meia-idade, como o nosso Sol com 4,6 mil milhões de anos, pertencem ao disco fino, que se pensa ter começado a formar-se há cerca de 8 a 10 mil milhões de anos.

A compreensão da formação da Via Láctea é um dos principais objetivos da arqueologia Galáctica. Para tal, são necessários mapas detalhados da Galáxia que mostrem as idades, composições químicas e movimentos das estrelas. Estes mapas, conhecidos como mapas crono-químico-cinemáticos, ajudam a reconstituir a história da nossa Galáxia. A criação destes mapas detalhados é um desafio porque requer grandes conjuntos de dados de estrelas com idades conhecidas com exatidão.

Uma abordagem comum para ultrapassar este desafio é o estudo de estrelas muito pobres em metais, que são antigas e fornecem uma janela para os primórdios da Via Láctea. As estrelas muito pobres em metais são conhecidas por serem antigas porque se encontram entre as primeiras estrelas a formar-se quando o Universo ainda era maioritariamente composto por hidrogénio e hélio, antes de muitos dos elementos mais pesados terem sido criados e distribuídos por sucessivas gerações de estrelas.

Utilizando um conjunto de dados da missão Gaia da ESA, uma equipa internacional liderada por astrónomos do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam estudou estrelas na vizinhança solar, até cerca de 3200 anos-luz à volta do Sol. Descobriram um número surpreendente de estrelas muito antigas nas órbitas do disco fino; a maioria delas tem mais de 10 mil milhões de anos, algumas até mais de 13 mil milhões de anos. Estas estrelas antigas mostram uma grande variedade de composições metálicas: algumas são muito pobres em metais (como esperado), enquanto outras têm o dobro do conteúdo metálico do nosso muito mais jovem Sol, indicando que ocorreu um rápido enriquecimento de metais na fase inicial da evolução da Via Láctea.

"Pegada" da amostra Gaia utilizada no estudo, representada por contornos brancos. A região vermelha mostra a localização de ~200.000 estrelas para as quais foram estimadas idades fiáveis. Crédito: Imagem de fundo - NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

"Estas estrelas antigas, no disco, sugerem que a formação do disco fino da Via Láctea começou muito mais cedo do que se pensava, cerca de 4-5 mil milhões de anos antes", explica Samir Nepal do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam e primeiro autor do artigo científico. "Este estudo também mostra que a nossa Galáxia teve uma formação estelar intensa nas primeiras épocas, o que levou a um enriquecimento muito rápido de metais nas regiões interiores e à formação do disco. Esta descoberta alinha a cronologia da formação do disco da Via Láctea com a de galáxias de alto desvio para o vermelho observadas pelo Telescópio Espacial James Webb e pelo radiotelescópio ALMA (Atacama Large Millimeter Array). Isto indica que os discos frios podem formar-se e estabilizar-se muito cedo na história do Universo, fornecendo novos conhecimentos sobre a evolução das galáxias".

"O nosso estudo sugere que o disco fino da Via Láctea pode ter sido formado muito antes do que pensávamos e que a sua formação está fortemente relacionada com o enriquecimento químico inicial das regiões mais interiores da nossa Galáxia", explica Cristina Chiappini. "A combinação de dados de diferentes fontes e a aplicação de técnicas avançadas de aprendizagem de máquina permitiram-nos aumentar o número de estrelas com parâmetros estelares de alta qualidade, um passo fundamental para levar a nossa equipa a estas novas descobertas".

Os resultados foram possíveis graças à terceira publicação de dados da missão Gaia. A equipa analisou os parâmetros estelares de mais de 800.000 estrelas utilizando um novo método de aprendizagem de máquina que combina informações de diferentes tipos de dados para fornecer parâmetros estelares melhorados e com elevada precisão. Estas medições exatas incluem a gravidade, a temperatura, o conteúdo metálico, as distâncias, a cinemática e a idade das estrelas. No futuro, será utilizada uma técnica de aprendizagem de máquina semelhante para analisar milhões de espetros, recolhidos pelo levantamento 4MIDABLE-LR (4MOST Milky Way Disk and Bulge Low-Resolution Survey) com o 4MOST (4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope), que entrará em funcionamento em 2025.

// Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Via Láctea:
CCVAlg - Astronomia
Wikipedia
SEDS

Metalicidade:
Wikipedia

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

4MIDABLE-LR (4MOST Milky Way Disk and Bulge Low-Resolution Survey):
Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam

4MOST (4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope):
ESO
Página principal
Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam