Uma equipe de astrônomos usou o Telescópio Espacial James Webb da NASA para pesquisar a galáxia estelar Messier 82 (M82). Localizada a 12 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Ursa Maior, esta galáxia é relativamente compacta em tamanho, mas hospeda um frenesi de atividade de formação de estrelas. Para efeito de comparação, M82 está gerando novas estrelas 10 vezes mais rápido que a Via Láctea.



Liderada por Alberto Bolatto da Universidade de Maryland, College Park, a equipe dirigiu o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb em direção ao centro da galáxia estelar, obtendo uma visão mais detalhada das condições físicas que promovem a formação de novas estrelas.

“M82 obteve uma variedade de observações ao longo dos anos porque pode ser considerada como o protótipo da galáxia estelar”, disse Bolatto, principal autor do estudo. "Ambos os telescópios espaciais Spitzer e Hubble da NASA observaram este alvo. Com o tamanho e a resolução de Webb, podemos olhar para esta galáxia em formação de estrelas e ver todos estes belos e novos detalhes."

Uma comunidade vibrante de estrelas

A formação estelar continua a manter uma sensação de mistério porque está envolta por cortinas de poeira e gás, criando um obstáculo na observação deste processo. Felizmente, a capacidade do Webb de observar o infravermelho é uma vantagem na navegação nestas condições obscuras. Além disso, essas imagens NIRCam do centro da explosão estelar foram obtidas usando um modo de instrumento que evitou que a fonte muito brilhante sobrecarregasse o detector.

Enquanto gavinhas marrons escuras de poeira pesada estão espalhadas por todo o núcleo branco brilhante do M82, mesmo nesta visão infravermelha, o NIRCam de Webb revelou um nível de detalhe que tem sido historicamente obscurecido. Olhando mais perto do centro, pequenas manchas representadas em verde indicam áreas concentradas de ferro, a maioria das quais são remanescentes de supernovas. Pequenas manchas que aparecem em vermelho significam regiões onde o hidrogênio molecular está sendo iluminado pela radiação de uma estrela jovem próxima.

“Esta imagem mostra o poder de Webb”, disse Rebecca Levy, segunda autora do estudo da Universidade do Arizona, em Tucson. "Cada ponto branco nesta imagem é uma estrela ou um enxame estelar. Podemos começar a distinguir todas estas pequenas fontes pontuais, o que nos permite adquirir uma contagem precisa de todos os enxames estelares nesta galáxia."

Encontrar estrutura em condições movimentadas

Olhando para M82 em comprimentos de onda infravermelhos ligeiramente mais longos, gavinhas grossas representadas em vermelho podem ser vistas estendendo-se acima e abaixo do plano da galáxia. Essas serpentinas gasosas são um vento galáctico que sai do núcleo da explosão estelar.

Uma área de foco desta equipa de investigação foi compreender como este vento galáctico, que é causado pela rápida taxa de formação de estrelas e subsequentes supernovas, está a ser lançado e a influenciar o ambiente circundante. Ao resolver uma secção central da M82, os cientistas puderam examinar a origem do vento e obter informações sobre como os componentes quentes e frios interagem com o vento.

O instrumento NIRCam de Webb foi adequado para rastrear a estrutura do vento galáctico através da emissão de moléculas químicas fuliginosas conhecidas como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). Os PAHs podem ser considerados grãos de poeira muito pequenos que sobrevivem em temperaturas mais frias, mas são destruídos em condições quentes.

Para grande surpresa da equipa, a visão de Webb da emissão de PAH destaca a fina estrutura do vento galáctico – um aspecto até então desconhecido. Representada como filamentos vermelhos, a emissão se estende para longe da região central onde está localizado o coração da formação estelar. Outra descoberta imprevista foi a estrutura semelhante entre a emissão de PAH e a do gás quente e ionizado.

“Foi inesperado ver a emissão de PAH assemelhar-se ao gás ionizado”, disse Bolatto. "Os PAHs não devem viver muito quando expostos a um campo de radiação tão forte, por isso talvez estejam a ser reabastecidos o tempo todo. Isto desafia as nossas teorias e mostra-nos que é necessária uma investigação mais aprofundada."

Iluminando um caminho a seguir

As observações de Webb de M82 na luz infravermelha próxima levantam novas questões sobre a formação estelar, algumas das quais a equipa espera responder com dados adicionais recolhidos com Webb, incluindo os de outra galáxia estelar. Dois outros artigos desta equipe que caracterizam os aglomerados estelares e as correlações entre os componentes do vento de M82 estão quase finalizados.

Num futuro próximo, a equipe terá observações espectroscópicas de M82 de Webb prontas para análise, bem como imagens complementares em grande escala da galáxia e do vento. Os dados espectrais ajudarão os astrónomos a determinar as idades precisas dos aglomerados estelares e fornecerão uma noção do tempo de duração de cada fase da formação estelar num ambiente de galáxias com explosão estelar. Numa escala mais ampla, inspecionar a atividade em galáxias como a M82 pode aprofundar a compreensão dos astrónomos sobre o Universo primitivo.

“A observação de M82 por Webb, um alvo mais próximo de nós, é um lembrete de que o telescópio é excelente no estudo de galáxias a todas as distâncias”, disse Bolatto. "Além de observarmos galáxias jovens com elevado desvio para o vermelho, podemos observar alvos mais próximos de casa para obter informações sobre os processos que estão a acontecer aqui - eventos que também ocorreram no Universo primitivo."

Essas descobertas foram aceitas para publicação no The Astrophysical Journal e são publicados no arXiv servidor de pré-impressão.

Mais informações: Alberto D. Bolatto et al, Observações JWST de explosões estelares:emissão de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos na base do vento galáctico M 82, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.16648. arxiv.org/abs/2401.16648
Informações do diário: Jornal Astrofísico , arXiv

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