Aglomerados de estrelas são formados pela condensação de nuvens moleculares, massas de frio, gases densos que são encontrados em todas as galáxias. As propriedades físicas dessas nuvens em nossa própria galáxia e em galáxias próximas são conhecidas há muito tempo. Mas eles são idênticos em galáxias distantes que estão a mais de 8 bilhões de anos-luz de distância? Pela primeira vez, uma equipe internacional liderada pela Universidade de Genebra (UNIGE) foi capaz de detectar nuvens moleculares em um progenitor da Via Láctea, graças à resolução espacial sem precedentes alcançada em uma galáxia tão distante. Essas observações, publicado em Astronomia da Natureza , mostram que as nuvens distantes têm uma massa maior, densidade e turbulência interna do que as nuvens hospedadas em galáxias próximas e que produzem muito mais estrelas. Os astrônomos atribuem essas diferenças às condições interestelares ambientais em galáxias distantes, que são muito extremos para as nuvens moleculares típicas de galáxias próximas sobreviverem.

Nuvens moleculares consistem em densas, gás hidrogênio molecular frio que gira em velocidades supersônicas, gerando flutuações de densidade que se condensam e formam estrelas. Em galáxias próximas, como a Via Láctea, uma nuvem molecular produz entre 10 + 3 e 10 + 6 estrelas. Em galáxias distantes, Contudo, localizado a mais de 8 bilhões de anos-luz de distância, astrônomos observaram aglomerados de estrelas gigantescas contendo até 100 vezes mais estrelas. Por que existe essa diferença?

Observação excepcional possibilitada por meio de uma lupa cósmica

Para responder a esta pergunta, os astrônomos puderam fazer uso de um telescópio natural - o fenômeno das lentes gravitacionais - em combinação com ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimetre Array), um interferômetro composto de 50 antenas de rádio milimétricas que reconstroem a imagem inteira de uma galáxia instantaneamente. "As lentes gravitacionais são um telescópio natural que produz um efeito de lupa quando um objeto enorme é alinhado entre o observador e o objeto distante, "explica Miroslava Dessauges, pesquisador do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e primeiro autor do estudo. "Com este efeito, algumas partes de galáxias distantes são alongadas no céu e podem ser estudadas em uma resolução incomparável de 90 anos-luz! " Enquanto isso, pode ser empregado para medir o nível de monóxido de carbono, que atua como um traçador de gás hidrogênio molecular que constitui as nuvens frias.

Esta resolução tornou possível caracterizar as nuvens moleculares individualmente em uma galáxia distante, apelidada de "Cobra Cósmica, "8 bilhões de anos-luz de distância." É a primeira vez que conseguimos identificar nuvens moleculares umas das outras, "diz Daniel Schaerer, professor do Departamento de Astronomia da UNIGE. Os astrônomos foram, portanto, capazes de comparar a massa, Tamanho, densidade e turbulência interna de nuvens moleculares em galáxias próximas e distantes. "Pensava-se que as nuvens tinham as mesmas propriedades em todas as galáxias em todos os tempos, continua o pesquisador baseado em Genebra, mas nossas observações demonstraram o oposto! "

Nuvens moleculares resistentes a ambientes extremos

Essas novas observações revelaram que as nuvens moleculares em galáxias distantes tinham uma massa, densidade e turbulência 10 a 100 vezes maior do que em galáxias próximas. "Esses valores só foram medidos em nuvens hospedadas em galáxias vizinhas em interação, que têm condições interestelares médias semelhantes às de galáxias distantes, "acrescenta Miroslava Dessauges. Os pesquisadores puderam relacionar as diferenças nas propriedades físicas das nuvens com os ambientes galácticos, que são mais extremos e hostis em galáxias distantes do que em galáxias mais próximas. "Uma nuvem molecular tipicamente encontrada em uma galáxia próxima entraria em colapso instantaneamente e seria destruída no meio interestelar de galáxias distantes, portanto, sua maior densidade e turbulência garantem sua sobrevivência e equilíbrio, "explica Miroslava Dessauges." A massa característica das nuvens moleculares na Serpente Cósmica parece estar em perfeita concordância com as previsões do nosso cenário de fragmentação de discos galácticos turbulentos. Como resultado, este cenário pode ser apresentado como o mecanismo de formação de nuvens moleculares massivas em galáxias distantes, "acrescenta Lucio Mayer, professor do Centro de Teoria Física e Cosmológica da Universidade de Zurique.

A equipe internacional também descobriu que a eficiência da formação de estrelas na galáxia da Cobra Cósmica é particularmente alta, provavelmente desencadeada pela turbulência interna altamente supersônica das nuvens. "Em galáxias próximas, uma nuvem molecular forma cerca de 5% de sua massa nas estrelas. Em galáxias distantes, este número sobe para 30 por cento, "observa Daniel Schaerer.

Os astrônomos vão agora estudar outras galáxias distantes, a fim de confirmar seus resultados observacionais obtidos para a Serpente Cósmica. Miroslava Dessauges conclui:"Também levaremos a resolução ainda mais longe, aproveitando o desempenho exclusivo do interferômetro ALMA. Em paralelo, precisamos entender com mais detalhes a capacidade das nuvens moleculares em galáxias distantes de formar estrelas com tanta eficiência. "