Como a maioria das galáxias espirais, a Via Láctea tem uma coleção quase esférica de estrelas em seu centro, chamada protuberância. Como a protuberância se formou é um mistério antigo, com muitos estudos sugerindo que ela se acumulou ao longo do tempo por meio de múltiplas explosões de formação de estrelas.

Uma nova pesquisa descobriu que a maioria das estrelas na protuberância central da nossa galáxia se formou em uma única explosão de formação de estrelas há mais de 10 bilhões de anos. Para chegar a esta conclusão, astrônomos pesquisaram milhões de estrelas em 200 graus quadrados do céu, uma área equivalente a 1, 000 luas cheias. A riqueza de dados resultante deve alimentar muito mais pesquisas científicas.

Nossa galáxia, a Via Láctea, tem a forma de dois ovos fritos colados costas com costas. Uma protuberância central de estrelas fica no meio de um extenso disco de estrelas. Embora esta seja uma característica comum entre uma miríade de galáxias espirais, astrônomos passaram décadas tentando descobrir como e quando a protuberância central da Via Láctea poderia ter se formado. Se as estrelas dentro da protuberância nasceram no início da história da nossa galáxia, 10 a 12 bilhões de anos atrás? Ou a protuberância se acumulou ao longo do tempo por meio de vários episódios de formação de estrelas?

Alguns estudos encontraram evidências de pelo menos duas explosões de formação de estrelas, levando a populações estelares tão velhas quanto 10 bilhões de anos ou tão jovens quanto 3 bilhões. Agora, uma nova pesquisa abrangente de milhões de estrelas, em vez disso, descobre que a maioria das estrelas no centro 1, 000 anos-luz do centro da Via Láctea formado quando foi inundado com gás em queda, há mais de 10 bilhões de anos. Este processo pode ter sido desencadeado pelo simples acréscimo de material primordial, ou algo mais dramático como a fusão com outra galáxia jovem.

"Muitas outras galáxias espirais se parecem com a Via Láctea e têm protuberâncias semelhantes, então, se pudermos entender como a Via Láctea formou sua protuberância, teremos uma boa ideia de como as outras galáxias também o fizeram, "disse o co-investigador principal Christian Johnson do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland.

"Esta pesquisa nos dá uma visão geral da protuberância de uma forma que muitas pesquisas anteriores não conseguiam fazer, "adicionou a co-autora Caty Pilachowski da Indiana University em Bloomington, Indiana.

Parecendo mais jovem do que a sua idade

Para chegar a sua conclusão, a equipe estudou as composições químicas das estrelas. Como muitas estrelas de Hollywood, estrelas na protuberância galáctica parecem ter passado por um tratamento cósmico de Botox - elas parecem mais jovens do que são. Isso porque eles contêm quase a mesma quantidade de elementos pesados ​​(mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio) que o Sol - o que os astrônomos chamam de metais. Isso é surpreendente porque os metais demoram para se acumular. Eles devem ser criados por gerações anteriores de estrelas, ejetado por ventos estelares ou supernovas, e então incorporados às gerações posteriores.

Nosso Sol, com 4,5 bilhões de anos, é relativamente novo, portanto, faz sentido que seja repleto de metais. Em contraste, a maioria das estrelas antigas em nossa galáxia carece de elementos pesados. E ainda assim as estrelas bojudas são enriquecidas com metal, apesar de sua idade avançada.

"Algo diferente aconteceu na protuberância. Os metais lá se acumularam muito, muito rapidamente, possivelmente nos primeiros 500 milhões de anos de sua existência, "disse o co-investigador principal Michael Rich, da Universidade da Califórnia, Los Angeles.

A equipe usou o brilho medido de estrelas em diferentes comprimentos de onda de luz, particularmente no ultravioleta, para determinar seu conteúdo de metal. Seria de se esperar que estrelas se formando em momentos diferentes tivessem metalicidades diferentes, em média. Em vez de, eles descobriram que estrelas dentro de 1, 000 anos-luz do centro galáctico mostraram uma distribuição de metais agrupados em torno de uma única média. Se as estrelas fossem estudantes e metalidades fossem notas dos EUA, estrelas protuberantes teriam todas uma média 'C' sólida, em vez de um grupo de alunos 'A' e um grupo de alunos 'D'. Isso sugere que essas estrelas se formaram em uma breve tempestade de fogo de nascimento de estrelas.

Grandes fotos, big data

A equipe examinou uma parte do céu cobrindo mais de 200 graus quadrados, uma área aproximadamente equivalente a 1, 000 luas cheias. Eles usaram a Dark Energy Camera (DECam) no telescópio Victor M. Blanco de 4 metros no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile, um programa do NOIRLab da NSF. Esta câmera de campo amplo é capaz de capturar 3 graus quadrados do céu em uma única exposição.

A equipe coletou mais de 450, 000 fotografias individuais que lhes permitiram determinar com precisão as composições químicas de milhões de estrelas. Uma subamostra de 70, 000 estrelas foram analisadas para este estudo.

"Nossa pesquisa é única porque pudemos escanear uma seção contínua da protuberância em comprimentos de onda de luz do ultravioleta ao visível ao infravermelho próximo. Isso nos permite obter uma compreensão clara de quais são os vários componentes da protuberância e como eles se encaixam, "disse Johnson.

A riqueza de dados coletados por esta pesquisa irá alimentar pesquisas científicas adicionais. Por exemplo, os pesquisadores estão estudando a possibilidade de medir distâncias estelares para fazer um mapa 3-D mais preciso da protuberância. Eles também planejam buscar correlações entre suas medições de metalicidade e as órbitas estelares. Essa investigação pode localizar "bandos" de estrelas com órbitas semelhantes, que podem ser os restos de galáxias anãs interrompidas, ou identificar sinais de acréscimo, como estrelas orbitando em oposição à rotação da galáxia.

A história da formação de protuberâncias da Via Láctea é única ou comum na evolução da galáxia? Para responder a essa pergunta, astrônomos terão que olhar para a montagem de galáxias no distante, universo jovem - uma tarefa para a qual o telescópio espacial James Webb da NASA foi projetado especificamente. "Com Webb, teremos um assento na primeira fila para observar galáxias como a formação da Via Láctea, "disse Rich.

O Blanco DECam Bulge Survey foi nomeado em homenagem a Victor e Betty Blanco. Victor Blanco foi o primeiro Diretor do Observatório Interamericano Cerro-Tololo; ele e Betty Blanco também foram os pioneiros no estudo da protuberância galáctica e das Nuvens de Magalhães usando o telescópio de 4 metros do observatório.

Esses resultados estão sendo relatados em dois artigos complementares aceitos para publicação no Avisos mensais da Royal Astronomical Society .