Nota de Imprensa

ALMA e VLT descobrem demasiadas estrelas massivas em galáxias com formação estelar explosiva, tanto próximas como longínquas

4 de Junho de 2018

Com o auxílio do ALMA e do VLT, os astrónomos descobriram que, tanto galáxias com formação estelar explosiva do Universo primordial, como uma região de formação estelar situada numa galáxia próxima, contêm uma proporção de estrelas massivas muito maior do que a encontrada em galáxias mais calmas. Esta descoberta desafia as atuais teorias de evolução galáctica, alterando o nosso conhecimento da história da formação estelar cósmica e da formação contínua de elementos químicos.

No intuito de estudar o Universo longínquo, uma equipa de cientistas liderada pelo astrónomo Zhi-Yu Zhang, da Universidade de Edimburgo, utilizou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a proporção de estrelas massivas em quatro galáxias distantes ricas em gás com formação estelar explosiva [1]. Observamos estas galáxias quando o Universo era muito mais jovem do que atualmente, o que significa que, muito provavelmente, estes objetos bebés ainda não sofreram muitos episódios de formação estelar anteriores. Se não fosse este o caso, os resultados poderiam estar comprometidos.

Zhang e a sua equipa desenvolveram uma nova técnica — semelhante à datação por carbono radioactivo (também conhecida por datação por carbono-14) — para medir as abundâncias de diferentes tipos de monóxido de carbono em quatro galáxias muito distantes envoltas em poeira e com formação estelar explosiva [2]. A equipa observou a razão entre dois tipos de monóxido de carbono que contêm diferentes isótopos [3].

“Os isótopos de carbono e de oxigénio têm origens diferentes”, explica Zhang. ”O ¹⁸O é mais produzido em estrelas massivas e o ¹³C é mais produzido em estrelas de massa pequena ou intermédia.” Graças à nova técnica, a equipa foi capaz de observar para além da poeira destas galáxias e determinar pela primeira vez a massa das suas estrelas.

A massa de uma estrela é o factor mais importante para determinar a sua evolução. As estrelas massivas brilham intensamente e têm vidas curtas, enquanto que as estrelas menos massivas, como o Sol, brilham de forma mais modesta durante milhares de milhões de anos. Assim, ao sabermos as proporções de estrelas com massas diferentes que se formam nas galáxias, podemos compreender melhor a formação e evolução das galáxias ao longo da história do Universo, o que, por sua vez, nos dá informação valiosa sobre os elementos químicos disponíveis para formar novas estrelas e planetas e, por fim, o número de “sementes” de buracos negros que podem coalescer para formar os buracos negros supermassivos que vemos no centro de muitas galáxias.

A co-autora do trabalho, Donatella Romano do INAF-Observatório de Astrofísica e Ciências do Espaço em Bolonha, explica o que a equipa descobriu: “A razão de ¹⁸O para ¹³C medida foi cerca de 10 vezes maior nestas galáxias com formação estelar explosiva existentes no Universo primordial do que em galáxias como a Via Láctea, o que significa que existe uma proporção muito maior de estrelas massivas no interior destas galáxias.”

Estes resultados obtidos com o ALMA são corroborados por outra descoberta no Universo local. Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO e com o intuito de investigar a distribuição geral de idades estelares e massas iniciais [4], uma equipa liderada por Fabian Schneider, da Universidade de Oxford, obteve medições espectroscópicas de 800 estrelas situadas na enorme região de formação estelar 30 Doradus, na Grande Nuvem de Magalhães.

Schneider explica: “Descobrimos cerca de 30% mais estrelas com massas superiores a 30 vezes a do Sol do que o esperado e cerca de 70% mais do que as esperadas com massas superiores a 60 massas solares. Os nossos resultados desafiam o limite anteriormente previsto de 150 massas solares para a massa inicial máxima das estrelas e sugerem ainda que as estrelas se podem formar com massas superiores a 300 massas solares!”

Rob Ivison, co-autor do novo artigo científico baseado nos dados ALMA, conclui: “Os nossos resultados levam-nos a questionar a nossa compreensão da história cósmica. Os astrónomos que constroem modelos do Universo têm que voltar ao ponto de partida e usar modelos ainda mais sofisticados.”

Notas

[1] As galáxias com formação estelar explosiva são galáxias que estão a sofrer um episódio de formação estelar muito intensa. A taxa à qual se formam novas estrelas pode bem ser superior a 100 vezes a taxa de formação estelar da nossa galáxia, a Via Láctea. Neste tipo de galáxias, as estrelas massivas produzem radiação ionizante, fluxos estelares e explosões de supernova, fenómenos que influenciam de forma bastante significativa a evolução química e dinâmica do meio que as rodeia. O estudo da distribuição de massa das estrelas nestas galáxias ajuda-nos a compreender melhor não só sobre a sua própria evolução, mas também a evolução do Universo, de modo geral.

[2] O método de datação por carbono radioactivo é usado para determinar a idade de um objeto que contém matéria orgânica. Ao medirmos a quantidade de carbono ¹⁴C — um isótopo radioactivo cuja abundância decresce continuamente — podemos calcular quando o respectivo animal ou planta morreram. Os isótopos usados no estudo efetuado com dados obtidos pelo ALMA, ¹³C e ¹⁸O, são estáveis e as suas abundâncias aumentam de forma contínua durante o tempo de vida de uma galáxia, uma vez que estes isótopos são sintetizados pelas reações de fusão termonuclear que ocorrem no interior das estrelas.

[3] Estas formas diferentes da molécula são chamadas isotopólogas e diferem no número de neutrões que podem ter. As moléculas de monóxido de carbono utilizadas neste estudo são um exemplo de tais espécies moleculares, porque um isótopo estável de carbono pode ter tanto 12 como 13 nucleões no seu núcleo e um isótopo estável de oxigénio pode ter 16, 17 ou 18 nucleões.

[4] Schneider et al. fizeram observações espectroscópicas de estrelas individuais na 30 Doradus, uma região de formação estelar na Grande Nuvem de Magalhães, com o auxílio do espectrógrafo FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) montado no Very Large Telescope (VLT). Este estudo foi um dos primeiros a ser levado a cabo com detalhe suficiente para mostrar que o Universo pode produzir regiões de formação estelar com distribuições de massa diferentes das da Via Láctea.

Informações adicionais

Os resultados ALMA foram descritos num artigo científico intitulado “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time” de Zhang et al., que será publicado na revista Nature a 4 de Junho de 2018. Os resultados VLT foram descritos num artigo científico intitulado “An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst” de Schneider et al., que foi publicado na revista Science a 5 de Janeiro de 2018.

A equipa ALMA é composta por: Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, RU; Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha), D. Romano (INAF, Osservatorio Astronomico di Bologna, Bologna, Itália), R. J. Ivison (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, RU), P .P. Papadopoulos (Centro de Investigação de Astronomia, Academia de Atenas, Atenas, Grécia; Departamento de Física, Universidade Aristóteles de Thessaloniki, Thessaloniki, Grécia) e F. Matteucci (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Itália; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Itália).

A equipa VLT é composta por: F. R. N. Schneider (Department of Physics, University of Oxford, RU), H. Sana (Instituto de Astrofísica, KU Leuven, Bélgica), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, RU), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, RU), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, EUA), L. Fossati (Academia de Ciências Austríaca, Instituto de Investigação Espacial, Graz, Áustria), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemanha), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemanha), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, RU), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanha; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanha),  F. Tramper (Centro de Astronomia Espacial Europeia, Madrid, Espanha), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, RU), A. de Koter (Instituto Astronómico Anton Pannekoek, Universidade de Amesterdão, Holanda; Instituto de Astrofísica, KU Leuven, Bélgica), S. E. de Mink (Instituto Astronómico Anton Pannekoek, Universidade de Amesterdão, Holanda), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Northern Ireland, RU), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanha), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, RU), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canadá; Departmento de Astrofísica/Instituto de Matemática, Astrofísica e Física das Partículas, Universidade Radboud, Holanda), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, RU; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, RU), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (Centro de Astronomia Espacial Europeia, Madrid, Espanha), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, campus do Centro de Astronomia Espacial Europeia, Villanueva de la Cañada, Espanha), N. Markova (Instituto de Astronomia com o Observatório Astronómico Nacional, Academia das Ciências Búlgara, Smolyan, Bulgária), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanha), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, RU; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemanha), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Alemanha), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, RU), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, RU), J. S. Vink (Armagh Observatory, Northern Ireland, RU) e C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, EUA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 15 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico de Zhang et al.
• Artigo científico de Schneider et al.
• Fotografias do ALMA
• Fotografias do VLT

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1817, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.