Com a ajuda de observações detalhadas, os astrônomos conseguiram obter um primeiro vislumbre representativo das numerosas estrelas jovens nas regiões centrais de nossa galáxia. As observações fornecem evidências de que a formação de estrelas no centro galáctico começou perto do centro e depois seguiu para fora. Isso confirma um modo de formação estelar que já havia sido encontrado nos centros de outras galáxias distantes. Os resultados também revelam que a maioria das estrelas nessa região não se formou em aglomerados massivos fortemente ligados, mas em associações soltas cujas estrelas-membro há muito se separaram. Os resultados foram publicados em Nature Astronomy .
Quando se trata de estrelas, a região central de nossa galáxia, a Via Láctea, é consideravelmente mais populosa do que outras partes de nossa galáxia. Os astrônomos há muito esperam que isso possa fornecer a eles um laboratório para estudar a formação rápida de estrelas – um fenômeno que ocorre em várias outras galáxias e, em particular, durante os primeiros bilhões de anos da história cósmica. Mas a aglomeração torna as estrelas na região central notoriamente difíceis de observar.

Agora, uma nova análise baseada em uma pesquisa infravermelha de alta resolução, que acaba de ser publicada em Nature Astronomy , fornece uma primeira reconstrução representativa da história da formação estelar na região central galáctica. Também mostra que a maioria das estrelas jovens no centro galáctico se formou não em aglomerados massivos bem unidos, mas em associações estelares soltas, que se dispersaram nos últimos milhões de anos.

Galáxias produtivas e improdutivas

Nossa Via Láctea não é uma galáxia muito produtiva. Juntas, as novas estrelas que nossa galáxia se forma em um ano equivalem a não mais do que algumas massas solares. As chamadas "galáxias de explosão estelar" são muito mais eficazes:durante breves episódios que duram alguns milhões de anos, elas produzem dezenas ou até centenas de massas solares no valor de estrelas por ano! De maneira mais geral, 10 bilhões de anos atrás, esse tipo de alta taxa de formação, com dezenas de massas solares produzidas a cada ano, parece ter sido a norma entre as galáxias.

Os astrônomos usam rotineiramente a Via Láctea para aprender sobre as propriedades das galáxias em geral. Afinal, a Via Láctea é a única galáxia onde temos uma visão do lado do anel e podemos estudar processos e propriedades de perto, em detalhes. Dada a baixa eficiência de formação de estrelas da Via Láctea, você pode pensar que a formação de estrelas de alta produtividade é uma área onde esta receita – estudar localmente o que acontece em galáxias distantes também – não funciona. Mas você estaria errado:nas regiões centrais da Via Láctea, correspondentes aos cerca de 1300 anos-luz centrais ao redor do buraco negro central da nossa galáxia, as taxas de formação de estrelas nos últimos 100 milhões de anos foram dez vezes maiores do que a média. O núcleo da nossa galáxia é tão produtivo quanto uma galáxia de explosão estelar, ou como as galáxias hiperprodutivas de 10 bilhões de anos atrás.

Os desafios de observar as regiões centrais galácticas

Mas se quisermos aprender sobre a formação estelar de alta produtividade das regiões centrais da nossa galáxia, há um desafio:essas regiões são notoriamente difíceis de observar. Para começar, como visto da Terra, eles estão escondidos atrás de grandes quantidades de poeira. Mas esse problema é prontamente resolvido:use infravermelho, ondas milimétricas ou observações de rádio. Nesses comprimentos de onda, a luz passará pela poeira, permitindo-nos ver o centro galáctico. Foi assim que os grupos de Andrea Ghez e Reinhard Genzel realizaram suas observações ganhadoras do Prêmio Nobel de estrelas orbitando o buraco negro central da nossa galáxia (infravermelho próximo), e como a Event Horizon Collaboration produziu a primeira imagem da sombra do centro da nossa galáxia. buraco negro (ondas milimétricas a 1,3 mm).

Com esse primeiro problema resolvido vem o próximo:o centro galáctico está tão cheio de estrelas que é difícil distinguir uma estrela da próxima. A exceção são certas estrelas gigantes muito brilhantes, que são particularmente luminosas, se destacam da multidão e, portanto, podem ser separadas do resto com relativa facilidade. Este problema tem incomodado os astrônomos tentando entender a formação de estrelas de alta produtividade no centro galáctico por anos. Que tenha havido tal formação estelar nos últimos 1 a 10 milhões de anos não está em questão - a presença de gás hidrogênio dividido em seus componentes (ionizado) pela luz ultravioleta de estrelas quentes e jovens, e a presença de raios X característicos para certas tipos de estrelas jovens e muito massivas, atesta isso.

Mas com o problema do crowding, a pergunta "... então onde estão as estrelas jovens resultantes, então?" tem sido difícil de responder. Antes da nova análise descrita aqui, os astrônomos haviam encontrado apenas cerca de 10% da massa estelar total esperada no centro galáctico – em dois aglomerados de estrelas massivos e na forma de algumas estrelas jovens isoladas. Então, onde estavam todas as outras estrelas e quais eram suas propriedades?

Um censo estelar de uma pesquisa detalhada

Essa foi a pergunta que os autores do artigo recém-publicado se fizeram. Francisco Nogueras-Lara, um pesquisador independente Humboldt no grupo Lise Meitner de Nadine Neumayer no Instituto Max Planck de Astronomia, e seu colega Rainer Schödel no Instituto de Astrofísica de Andalucía em Granada, Espanha, estavam em uma posição única para ir sobre encontrar as estrelas jovens desaparecidas no centro galáctico:Schödel é o investigador principal (PI) do GALACTICNUCLEUS:uma pesquisa que fez uso da câmera infravermelha HAWK-I no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul para tirar quase 150 imagens (nas bandas infravermelhas J, H e Ks) da região central da Via Láctea, cobrindo uma área total de 64.000 anos-luz quadrados ao redor do centro galáctico.

Nogueras-Lara assumiu a liderança na busca. Para identificar estrelas individuais em uma região lotada, o que é necessário é a resolução – a capacidade de distinguir pequenos detalhes no céu. O VLT é composto por telescópios com espelhos de 8 metros. Com um método conhecido como imagem holográfica – combinando várias imagens de curta exposição de forma adequada para mitigar os efeitos de desfoque da atmosfera da Terra – a pesquisa conseguiu mapear sua região alvo com detalhes muito mais finos do que nunca (com uma resolução de 0,2 segundos de arco ). Onde anteriormente, apenas um punhado de estrelas havia sido mapeado, o GALACTICNUCLEUS forneceu dados individuais para 3 milhões.

Mapeando 3 milhões de estrelas individuais no centro galáctico

Quando os pesquisadores analisaram as imagens (de cores falsas) da pesquisa GALACTICNUCLEUS, eles imediatamente viram que a região no centro galáctico conhecida como Sagitário B1 era diferente. Ele contém consideravelmente mais estrelas jovens, que ionizam o gás circundante, do que outras regiões - um efeito que não foi uma surpresa:observações anteriores, em particular da luz característica do gás hidrogênio sendo ionizado por estrelas quentes, indicaram isso. Com as observações GALACTICNUCLEUS altamente resolvidas, Nogueras-Lara e seus colegas foram agora, pela primeira vez, capazes de estudar as estrelas da região em detalhes.

Mesmo com seu levantamento de alta resolução, os astrônomos só podiam estudar estrelas gigantes individualmente (não as chamadas estrelas da sequência principal como o nosso Sol), mas os dados das 3 milhões de estrelas que eles podiam estudar separadamente já continham uma riqueza de informações. Em particular, os astrônomos foram capazes de deduzir o brilho de cada estrela, compensando o escurecimento devido à poeira entre nós e uma estrela em particular. Todas as estrelas em Sagitário B1 estão aproximadamente à mesma distância da Terra, e a distância da Terra ao centro galáctico é conhecida; com essa informação, os astrônomos foram capazes de reconstruir a luminosidade de cada estrela – o brilho intrínseco, correspondente à quantidade de luz que uma estrela emite por unidade de tempo.

Reconstruindo a história da formação estelar no centro galáctico

Particularmente interessante foi a distribuição estatística da luminosidade estelar para essas estrelas - quantas estrelas havia em cada "colchete de brilho". Para estrelas que se formam ao mesmo tempo, essa distribuição de luminosidade muda ao longo do tempo de maneira regular e previsível. Por sua vez, dada essa distribuição, é possível deduzir pelo menos uma história aproximada da formação estelar:quantas estrelas se formaram há mais de 7 bilhões de anos? Quantos na faixa intermediária entre cerca de 2 e cerca de 7 bilhões de anos? Quantos mais recentemente? A distribuição de luminosidade fornece pelo menos uma resposta estatística – a história de formação estelar mais provável.

Quando Nogueras-Lara, Neumayer e Schödel analisaram sua distribuição de luminosidade, descobriram que de fato houve várias fases de formação estelar em Sagitário B1:uma população mais velha que se formou entre 2 e 7 bilhões de anos atrás e uma grande população de estrelas muito mais jovens , com meros 10 milhões de anos ou até menos do que isso. Nogueras-Lara diz:"Nosso estudo representa um grande passo na busca de estrelas jovens no centro galáctico. As estrelas jovens que encontramos têm uma massa total de mais de 400.000 massas solares. Isso é quase dez vezes maior do que a massa combinada de os dois aglomerados de estrelas massivos que eram anteriormente conhecidos na região central."

Construindo estrelas na região central, de dentro para fora

Curiosamente, as estrelas que os pesquisadores encontraram em Sagitário B1 estão dispersas e não fazem parte de um aglomerado massivo. Isso sugere que eles nasceram em uma ou mais associações estelares mais soltas, menos fortemente ligadas pela gravidade mútua das estrelas, que então se dissolveram rapidamente à medida que orbitam o centro galáctico em escalas de vários milhões de anos – deixando para trás muitas estrelas separadas. E embora esse resultado se refira a Sagitário B1 para começar, também poderia explicar de maneira muito mais geral por que as estrelas jovens no centro galáctico só podem ser encontradas por estudos de alta resolução como o presente trabalho:elas nasceram em associações soltas que desde então dispersos em estrelas separadas.

A presença da população mais antiga de estrelas em Sagitário B1 também é interessante. Nas regiões mais internas do centro galáctico, existem estrelas com mais de 7 bilhões de anos, mas praticamente nenhuma estrela na faixa de idade intermediária de 2 a 7 bilhões de anos. Isso pode indicar que a formação de estrelas na região central começou na região mais interna e depois se espalhou para as regiões externas - dando uma tendência geral para a cronologia da formação de estrelas nessas regiões. Para outras galáxias, esse mecanismo de dentro para fora para construir o chamado disco nuclear – um disco de pequena escala feito de estrelas ao redor do centro galáctico – já havia sido observado. Os novos resultados indicam que a mesma coisa está acontecendo na região central da nossa galáxia.

Próximas etapas

Por mais persuasivas que as evidências das imagens infravermelhas já sejam, tanto para a reconstrução da história da formação estelar quanto para a tendência geral de formação estelar de dentro para fora, os astrônomos estão ansiosos para colocar suas deduções em uma base ainda mais firme. Para isso, Nogueras-Lara e seus colegas planejam acompanhar suas observações com o instrumento KMOS no VLT, um espectrógrafo de alta precisão. No presente estudo, as deduções foram feitas com base na distribuição geral da luminosidade. Observações espectrais permitiriam aos astrônomos identificar algumas das estrelas muito jovens diretamente, a partir da aparência de seus espectros. Isso seria uma importante verificação cruzada dos resultados agora publicados.

Além disso, os astrônomos rastrearão os movimentos das estrelas recém-descobertas no céu ("movimento adequado"). Perto do centro galáctico, as estrelas se movem relativamente rápido. É por isso que, embora essas estrelas estejam a uma distância de cerca de 26.000 anos-luz da Terra, observações minuciosas ao longo de alguns anos poderão medir suas mudanças de posição. Estrelas que se formaram em uma e a mesma associação estelar se dispersam ao longo do tempo, seu movimento ainda é muito semelhante - portanto, rastrear o movimento adequado permitiria deduções sobre se as estrelas em Sagitário B1 realmente nasceram em uma ou mais associações soltas.

Em conclusão, Nadine Neumayer diz:"Ambos os tipos de medições servirão para confirmar, mas definitivamente refinar, os resultados do trabalho agora publicado. no centro galáctico pode nos dizer sobre a formação de estrelas de alta produtividade em outras galáxias." + Explorar mais

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