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    As taxas de entrada e saída em massa da Via Láctea

    Esta ilustração mostra um galáxia caótica passando por explosões de formação de estrelas. Crédito:ESA, NASA, L. Calçada

    De acordo com os modelos cosmológicos mais amplamente aceitos, as primeiras galáxias começaram a se formar entre 13 e 14 bilhões de anos atrás. Ao longo do próximo bilhão de anos, as estruturas cósmicas agora observadas emergiram primeiro. Isso inclui coisas como aglomerados de galáxias, superaglomerados e filamentos, mas também características galácticas como aglomerados globulares, protuberâncias galácticas, e buracos negros supermassivos (SMBHs).

    Contudo, como organismos vivos, galáxias continuaram a evoluir desde então. Na verdade, ao longo de suas vidas, galáxias acumulam e ejetam massa o tempo todo. Em um estudo recente, uma equipe internacional de astrônomos calculou a taxa de entrada e saída de material da Via Láctea. Então, o pessoal da Astrobites deu uma boa análise e mostrou o quão relevante é para a nossa compreensão da formação e evolução galáctica.

    O estudo foi liderado pelo astrônomo da ESA Dr. Andrew J. Fox e incluiu membros do Grupo de Pesquisa de Halo da Via Láctea do Space Telescope Science Institute (STScI), a Associação de Universidades de Investigação em Astronomia (AURA) da ESA, e várias universidades. Com base em estudos anteriores, eles examinaram a taxa na qual o gás flui para dentro e para fora da Via Láctea das nuvens circundantes de alta velocidade (HVC).

    Uma vez que a disponibilidade de material é a chave para a formação de estrelas em uma galáxia, saber a taxa na qual ele é adicionado e perdido é importante para entender como as galáxias evoluem ao longo do tempo. E como Michael Foley da Astrobites resumiu, caracterizar as taxas nas quais o material é adicionado às galáxias é crucial para entender os detalhes desse modelo de "fonte galáctica".

    De acordo com este modelo, as estrelas mais massivas de uma galáxia produzem ventos estelares que expulsam material do disco da galáxia. Quando eles se transformam em supernovas perto do final de sua expectativa de vida, eles também expulsam a maior parte de seu material. Este material então retorna ao disco ao longo do tempo, fornecendo material para novas estrelas se formarem.

    "Esses processos são conhecidos coletivamente como feedback estelar, e eles são responsáveis ​​por empurrar o gás de volta para fora da Via Láctea, "disse Foley." Em outras palavras, a Via Láctea não é um lago isolado de material; é um reservatório que está constantemente ganhando e perdendo gás devido à gravidade e ao feedback estelar. "

    Além disso, estudos recentes mostraram que a formação de estrelas pode estar intimamente relacionada ao tamanho do buraco negro supermassivo (SMBH) no núcleo de uma galáxia. Basicamente, SMBHs liberam uma quantidade enorme de energia que pode aquecer gás e poeira ao redor do núcleo, o que o impede de se aglomerar de forma eficaz e sofrer colapso gravitacional para formar novas estrelas.

    Visão artística da Via Láctea com a localização do Sol e da região de formação de estrelas no lado oposto no braço espiral de Scutum-Centaurus. Crédito:Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF; Robert Hurt, NASA

    Como tal, a taxa na qual o material flui para dentro e para fora de uma galáxia é a chave para determinar a taxa de formação de estrelas. Para calcular a taxa em que isso acontece para a Via Láctea, Dr. Fox e seus colegas consultaram dados de várias fontes. Dr. Fox disse à Universe Today por e-mail:

    "Nós mineramos o arquivo. A NASA e a ESA mantêm arquivos bem organizados de todos os dados do Telescópio Espacial Hubble, e passamos por todas as observações de quasares de fundo tiradas com o Espectrógrafo de Origens Cósmicas (COS), um espectrógrafo sensível no Hubble que pode ser usado para analisar a luz ultravioleta de fontes distantes. Encontramos 270 desses quasares. Primeiro, usamos essas observações para fazer um catálogo de nuvens de gás em movimento rápido conhecidas como nuvens de alta velocidade (HVCs). Em seguida, desenvolvemos um método para dividir as HVCs em populações de entrada e saída, fazendo uso do deslocamento Doppler. "

    Além disso, um estudo recente mostrou que a Via Láctea passou por um período de dormência há cerca de 7 bilhões de anos, que durou cerca de 2 bilhões de anos. Este foi o resultado de ondas de choque que causaram o aquecimento das nuvens de gás interestelar, que temporariamente fez com que o fluxo de gás frio em nossa galáxia parasse. Hora extra, o gás resfriou e começou a fluir novamente, desencadeando uma segunda rodada de formação de estrelas.

    Depois de analisar todos os dados, Fox e seus colegas conseguiram colocar restrições na taxa de entrada e saída da Via Láctea:

    "Depois de comparar as taxas de entrada e saída de gás, encontramos um excesso de influxo, o que é uma boa notícia para a futura formação de estrelas em nossa galáxia, já que há muito gás que pode ser convertido em estrelas e planetas. Medimos cerca de 0,5 massas solares por ano de entrada e 0,16 massas solares por ano de saída, portanto, há um influxo líquido. "

    Contudo, como Foley indicou, Acredita-se que os HVCs vivam por períodos de apenas cerca de 100 milhões de anos. Como resultado, não se pode esperar que essa entrada líquida dure indefinidamente. "Finalmente, eles ignoram HVCs que são conhecidos por residirem em estruturas (como as bolhas de Fermi) que não rastreiam o gás que entra ou sai, " ele adiciona.

    Desde 2010, os astrônomos estão cientes das misteriosas estruturas que emergem do centro de nossa galáxia, conhecidas como Fermi Bubbles. Essas estruturas semelhantes a bolhas se estendem por milhares de anos-luz e acredita-se que sejam o resultado do consumo de gás interestelar da SMBH e da emissão de raios gama.

    Impressão artística das "bolhas de Fermi" ao redor da Via Láctea. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA

    Contudo, enquanto isso, os resultados fornecem uma nova visão sobre como as galáxias se formam e evoluem. O estudo também reforça o novo caso feito para "acúmulo de fluxo frio, "uma teoria originalmente proposta pelo Prof. Avishai Dekel e colegas do Instituto de Física Racah da Universidade Hebraica de Jerusalém para explicar como as galáxias acumulam gás do espaço circundante durante sua formação.

    "Esses resultados mostram que galáxias como a Via Láctea não evoluem em um estado estacionário, "Dr. Fox resumiu." Em vez disso, eles se acumulam e perdem gases episodicamente. É um ciclo de alta e baixa:quando o gás entra, mais estrelas podem ser formadas, mas se entrar muito gás, pode desencadear uma explosão estelar tão intensa que expele todo o gás restante, desligando a formação de estrelas. Assim, o equilíbrio entre a entrada e a saída regula a quantidade de formação de estrelas que ocorre. Nossos novos resultados ajudam a iluminar esse processo. "

    Outra conclusão interessante deste estudo é o fato de que o que se aplica à nossa Via Láctea também se aplica aos sistemas estelares. Por exemplo, nosso sistema solar também está sujeito à entrada e saída de material ao longo do tempo. Objetos como "Oumuamua e o mais recente 2I / Borisov confirmam que asteróides e cometas são expulsos dos sistemas estelares e recolhidos por outros regularmente.

    Mas e quanto ao gás e à poeira? Nosso sistema solar e (por extensão) o planeta Terra estão perdendo ou ganhando peso com o tempo? E o que isso poderia significar para o futuro de nosso sistema e planeta natal? Por exemplo, o astrofísico e autor Brian Koberlein abordou a última questão em 2015 em seu site. Usando a então recente chuva de meteoros Gemini como exemplo, ele escreveu:

    "Na verdade, de observações de satélite de trilhas de meteoros, estima-se que cerca de 100-300 toneladas métricas (toneladas) de material atingem a Terra todos os dias. Isso soma cerca de 30, 000 a 100, 000 toneladas por ano. Isso pode parecer muito, mas mais de um milhão de anos, isso equivaleria apenas a menos de um bilionésimo de um por cento da massa total da Terra. "

    Contudo, como ele explica, A Terra também perde massa regularmente por meio de vários processos. Estes incluem decadência radioativa de material na crosta terrestre, que leva a energia e partículas subatômicas (alfa, raios beta e gama) deixando nosso planeta. Um segundo é a perda atmosférica, em que gases como hidrogênio e hélio são perdidos para o espaço. Juntos, estes somam uma perda de cerca de 110, 000 toneladas por ano.

    Na superfície, isso pareceria uma perda líquida de cerca de 10, 000 ou mais toneladas por ano. O que mais, O microbiologista / comunicador científico Dr. Chris Smith e o físico de Cambridge Dave Ansell estimaram em 2012 que a Terra ganha 40, 000 toneladas de poeira por ano do espaço, enquanto perde 90, 000 por ano através de processos atmosféricos e outros.

    Dados coletados de 1994-2013 em pequenos asteróides impactando a atmosfera da Terra e se desintegrando para criar meteoros muito brilhantes, chamados bolides. Crédito:NASA

    Portanto, pode ser possível que a Terra esteja ficando mais leve a uma taxa de 10, 000 a 50, 000 toneladas por ano. Contudo, a taxa na qual o material está sendo adicionado não é bem restrita neste ponto, portanto, é possível que estejamos perdendo o equilíbrio (embora a possibilidade de que a Terra esteja ganhando massa pareça improvável). Quanto ao nosso sistema solar, a situação é semelhante. Por um lado, gás interestelar e poeira fluem o tempo todo.

    Por outro lado, nosso sol - que responde por 99,86% da massa do sistema solar - também está perdendo massa com o tempo. Usando dados coletados pela sonda MESSENGER da NASA, uma equipe de pesquisadores da NASA e do MIT concluiu que o sol está perdendo massa devido ao vento solar e aos processos internos. De acordo com Ask a Astronomer, isso está acontecendo a uma taxa de 1,3245 ​​x 10 15 toneladas por ano, mesmo que o sol esteja se expandindo simultaneamente.

    Esse é um número impressionante, mas o sol tem uma massa de cerca de 1,9885 × 10 27 toneladas. Portanto, não estará piscando tão cedo. Mas como perde massa, sua influência gravitacional na Terra e nos outros planetas diminuirá. Contudo, no momento em que nosso sol atinge o final de sua sequência principal, vai se expandir consideravelmente e pode muito bem engolir Mercúrio, Vênus, Terra e até Marte completamente.

    Portanto, embora nossa galáxia possa estar ganhando massa em um futuro próximo, parece que nosso sol e a própria Terra estão lentamente perdendo massa. Isso não deve ser visto como uma má notícia, mas tem implicações a longo prazo. Enquanto isso, é meio encorajador saber que mesmo os objetos mais antigos e massivos do universo estão sujeitos a mudanças como criaturas vivas.

    Quer estejamos falando sobre planetas, estrelas, ou galáxias, eles nasceram, eles vivem e morrem. E no meio, pode-se confiar que engordarão ou perderão alguns quilos. O circulo da vida, jogado na escala cósmica.


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