Impressão de artista do halo estelar inclinado e alongado da Via Láctea.
Crédito: Melissa Weiss/Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian
Um novo estudo revelou a verdadeira forma da nuvem difusa de estrelas que rodeia o disco da nossa Galáxia. Durante décadas, os astrónomos pensaram que esta nuvem de estrelas - chamada halo estelar - era largamente esférica, como uma bola de praia. Agora, um novo modelo baseado em observações modernas mostra que o halo estelar é oblongo e inclinado, muito semelhante a uma bola de râguebi.
As descobertas - publicadas este mês na revista The Astronomical Journal - fornecem uma visão sobre uma série de áreas temáticas astrofísicas. Os resultados, por exemplo, lançam luz sobre a história da nossa Galáxia e a evolução galáctica, ao mesmo tempo que fornecem pistas na contínua caça à substância misteriosa conhecida como matéria escura.
"A forma do halo estelar é um parâmetro muito fundamental que acabámos de medir com maior precisão do que era possível antes", diz o autor principal do estudo Jiwon "Jesse" Han, estudante de doutoramento no Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian. "Há muitas implicações importantes do halo estelar não ser esférico, mas sim com a forma de uma bola de râguebi ou de um zepelim - é só escolher!"
"Durante décadas, a suposição geral tem sido a de que o halo estelar é mais ou menos esférico e isotrópico, ou o mesmo em todas as direções", acrescenta o coautor do estudo Charlie Conroy, orientador de Han e professor de astronomia na Universidade de Harvard e no Centro para Astrofísica. "Sabemos agora que a imagem dos nossos livros, da nossa Galáxia inserida num volume esférico de estrelas, tem de ser rejeitada".
O halo estelar da Via Láctea é a porção visível do que é mais amplamente chamado halo galáctico. Este halo galáctico é dominado por matéria escura invisível, cuja presença só é mensurável graças à gravidade que exerce. Cada galáxia tem o seu próprio halo de matéria escura. Estes halos servem como uma espécie de andaime sobre o qual pende a matéria comum e visível. Por sua vez, essa matéria visível forma estrelas e outras estruturas galácticas. Para melhor compreender como as galáxias se formam e interagem, bem como a natureza subjacente da matéria escura, os halos estelares são alvos astrofísicos valiosos.
"O halo estelar é um rastreador dinâmico do halo galáctico", diz Han. "A fim de aprender mais sobre os halos galácticos em geral, e especialmente sobre o halo galáctico e a história da nossa própria Galáxia, o halo estelar é um ótimo lugar para começar".
No entanto, a forma do halo estelar da Via Láctea há muito que desafia os astrónomos, pela simples razão de que estamos embutidos nela. O halo estelar estende-se por várias centenas de milhares de anos-luz acima e abaixo do plano repleto de estrelas da nossa Galáxia, onde o nosso Sistema Solar reside.
"Ao contrário das outras galáxias, onde apenas olhamos para elas e medimos os seus halos", diz Han, "falta-nos o mesmo tipo de perspetiva aérea, exterior ao halo da nossa própria Galáxia".
Complicando ainda mais as coisas, o halo estelar provou ser bastante difuso, contendo apenas cerca de um por cento da massa de todas as estrelas da Galáxia. No entanto, com o tempo, os astrónomos conseguiram identificar muitos milhares de estrelas que povoam este halo, que se distinguem de outras estrelas da Via Láctea devido à sua composição química distinta (medida através de estudos da sua luz estelar), bem como pelas suas distâncias e movimentos através do céu. Através de tais estudos, os astrónomos aperceberam-se que as estrelas do halo não estão uniformemente distribuídas. Desde então, o objetivo tem sido estudar os padrões de densidade excessiva das estrelas - aparecendo espacialmente como cachos e correntes - para classificar as origens finais do halo estelar.
O novo estudo dos investigadores e colegas do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian aproveita dois grandes conjuntos de dados recolhidos nos últimos anos, levantamentos estes que sondaram o halo estelar como nunca antes.
O primeiro conjunto é o do Gaia, uma nave espacial revolucionária lançada pela Agência Espacial Europeia em 2013. O Gaia tem vindo a compilar as medições mais precisas das posições, movimentos e distâncias de milhares de milhões de estrelas na Via Láctea, incluindo algumas estrelas próximas do halo estelar.
O segundo conjunto de dados é do H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), um levantamento terrestre realizado com o MMT (Multiple Mirror Telescope), localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple no estado norte-americano do Arizona, uma colaboração entre o Centro para Astrofísica e a Universidade do Arizona. O H3 reuniu observações detalhadas de dezenas de milhares de estrelas do halo estelar, demasiado distantes para o Gaia avaliar.
A combinação destes dados num modelo flexível que permitiu que a forma do halo estelar surgisse de todas as observações produziu o halo decididamente não esférico - e a forma de bola de râguebi encaixa bem com outras descobertas até à data. A forma, por exemplo, concorda de forma independente e fortemente com uma teoria de ponta relativa à formação do halo estelar da Via Láctea.
De acordo com este quadro, o halo estelar formou-se quando uma galáxia anã solitária colidiu há 7-10 mil milhões de anos com a nossa muito maior Galáxia. A galáxia anã é divertidamente conhecida como Gaia-Salsicha-Encélado (GSE), onde "Gaia" se refere à já mencionada nave espacial, "Salsicha" ao padrão que aparece ao traçar os dados do Gaia e "Encélado" é o gigante mitológico grego que foi enterrado debaixo de uma montanha - mais ou menos como a GSE foi enterrada na Via Láctea. Como consequência deste evento de colisão galáctica, a galáxia anã foi dilacerada e as suas estrelas constituintes espalhadas num halo disperso. Tal história de origem explica a disparidade entre as estrelas do halo estelar e as estrelas nascidas e criadas na Via Láctea.
Os resultados do estudo detalham adicionalmente como a GSE e a Via Láctea interagiram há todos esses éones atrás. A forma de bola de râguebi - tecnicamente chamada elipsoide triaxial - reflete as observações de dois amontoados de estrelas no halo estelar. Os amontoados formaram-se ostensivamente quando a GSE passou por duas órbitas da Via Láctea. Durante estas órbitas, a GSE teria abrandado duas vezes no chamado apocentro, o ponto mais afastado da órbita da galáxia anã em torno do maior atractor gravitacional, a grande Via Láctea; estas "pausas" levaram à libertação adicional de estrelas por parte da GSE. Entretanto, a inclinação do halo estelar indica que a GSE se encontrou com a Via Láctea num ângulo incidente e não de frente.
"A inclinação e distribuição de estrelas no halo estelar fornecem uma confirmação dramática de que a nossa Galáxia colidiu com outra galáxia mais pequena há 7-10 mil milhões de anos", diz Conroy.
Notavelmente, já passou tanto tempo desde a colisão da GSE com a Via Láctea que se esperava que as estrelas do halo estelar se instalassem dinamicamente na clássica forma esférica, há muito assumida. A equipa diz que o facto de não o terem feito provavelmente tem a ver com o halo galáctico mais amplo. Esta estrutura dominada pela matéria escura está, ela própria, provavelmente inclinada e, através da sua gravidade, está igualmente a manter o halo estelar inclinado.
"O halo estelar inclinado sugere fortemente que o halo de matéria escura também está inclinado", diz Conroy. "Uma inclinação no halo de matéria escura pode ter ramificações significativas para a nossa capacidade de detetar partículas de matéria escura em laboratórios cá na Terra".
Este último ponto de Conroy alude às múltiplas experiências de detetores de matéria escura agora em curso e planeadas. Estes detetores podem aumentar as suas hipóteses de capturar uma interação elusiva com a matéria escura se os astrofísicos puderem julgar onde a substância está mais fortemente concentrada, galacticamente falando. À medida que a Terra se move pela Via Láctea, vai encontrar periodicamente estas mais densas e velozes regiões de partículas de matéria escura, aumentando as probabilidades de deteção.
A descoberta da configuração mais plausível do halo estelar é o que faz avançar muitas investigações astrofísicas enquanto se preenchem os detalhes básicos sobre o nosso lugar no Universo.
"Estas são perguntas tão intuitivamente interessantes de fazer sobre a nossa Galáxia: 'Qual é o aspeto da nossa Galáxia?' e 'Qual é o aspeto do halo estelar?'," diz Han. "Com esta linha de investigação e estudo em particular, estamos finalmente a responder a essas perguntas".
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