Excesso de estrelas massivas em galáxias com formação estelar explosiva

ESO
05/06/2018

Galáxia com formação estelar explosiva. [1]
No intuito de estudar o Universo longínquo, uma equipe de cientistas liderada pelo astrônomo Zhi-Yu Zhang, da Universidade de Edimburgo, utilizou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a proporção de estrelas massivas em quatro galáxias distantes ricas em gás com formação estelar explosiva [2]. Observamos estas galáxias quando o Universo era muito mais jovem do que atualmente, o que significa que, muito provavelmente, estes objetos bebês ainda não sofreram muitos episódios de formação estelar anteriores. Se não fosse este o caso, os resultados poderiam estar comprometidos.

Zhang e a sua equipe desenvolveram uma nova técnica — semelhante à datação por carbono radioativo (também conhecida por datação por carbono-14) — para medir as abundâncias de diferentes tipos de monóxido de carbono em quatro galáxias muito distantes envoltas em poeira e com formação estelar explosiva [3]. A equipe observou a razão entre dois tipos de monóxido de carbono que contêm diferentes isótopos [4].

Os isótopos de carbono e de oxigênio têm origens diferentes”, explica Zhang. ”18O é produzido predominantemente em estrelas massivas, enquanto o 13C é mais produzido em estrelas de massa pequena ou intermediária.” Graças à nova técnica, a equipe foi capaz de observar por trás da poeira destas galáxias e determinar pela primeira vez a massa das suas estrelas.

A massa de uma estrela é o fator mais importante para determinar a sua evolução. As estrelas massivas brilham intensamente e têm vidas curtas, enquanto que as estrelas menos massivas, como o Sol, brilham de forma mais modesta durante bilhões de anos. Assim, ao sabermos as proporções de estrelas com massas diferentes que se formam nas galáxias, podemos compreender melhor a formação e evolução das galáxias ao longo da história do Universo, o que, por sua vez, nos dá informação valiosa sobre os elementos químicos disponíveis para formar novas estrelas e planetas e, por fim, o número de “sementes” de buracos negros que podem coalescer para formar os buracos negros supermassivos que vemos no centro de muitas galáxias.

A co-autora do trabalho, Donatella Romano do INAF-Observatório de Astrofísica e Ciências do Espaço em Bolonha, explica o que a equipe descobriu: “A razão de 18O para 13C medida foi cerca de 10 vezes maior nestas galáxias com formação estelar explosiva existentes no Universo primordial do que em galáxias como a Via Láctea, o que significa que existe uma proporção muito maior de estrelas massivas no interior destas galáxias.

Estes resultados obtidos com o ALMA são consistentes com outra descoberta no Universo local. Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO e com o intuito de investigar a distribuição geral de idades estelares e massas iniciais [5], uma equipe liderada por Fabian Schneider, da Universidade de Oxford, obteve medições espectroscópicas de 800 estrelas situadas na enorme região de formação estelar 30 Doradus, na Grande Nuvem de Magalhães.

Schneider explica: “Descobrimos cerca de 30% mais estrelas com massas superiores a 30 vezes a do Sol do que o esperado e cerca de 70% mais do que as esperadas com massas superiores a 60 massas solares. Os nossos resultados desafiam o limite anteriormente previsto de 150 massas solares para a massa inicial máxima das estrelas e sugerem ainda que as estrelas se podem formar com massas superiores a 300 massas solares!

Rob Ivison, co-autor do novo artigo científico baseado nos dados ALMA, conclui: “Os nossos resultados levam-nos a questionar a nossa compreensão da história cósmica. Os astrônomos que constroem modelos do Universo têm que voltar ao ponto de partida e usar modelos ainda mais sofisticados.” [6] [7]

[1] Crédito da imagem: ESO/M. Kornmesser.

[2] As galáxias com formação estelar explosiva são galáxias que estão a sofrer um episódio de formação estelar muito intensa. A taxa à qual se formam novas estrelas pode bem ser superior a 100 vezes a taxa de formação estelar da nossa galáxia, a Via Láctea. Neste tipo de galáxias, as estrelas massivas produzem radiação ionizante, fluxos estelares e explosões de supernova, fenômenos que influenciam de forma bastante significativa a evolução química e dinâmica do meio que as rodeia. O estudo da distribuição de massa das estrelas nestas galáxias ajuda-nos a compreender melhor não só sobre a sua própria evolução, mas também a evolução do Universo, de modo geral.

[3] O método de datação por carbono radioativo é usado para determinar a idade de um objeto que contém matéria orgânica. Ao medirmos a quantidade de carbono 14C — um isótopo radioativo cuja abundância decresce continuamente — podemos calcular quando o respectivo animal ou planta morreram. Os isótopos usados no estudo efetuado com dados obtidos pelo ALMA, 13C e 18O, são estáveis e as suas abundâncias aumentam de forma contínua durante o tempo de vida de uma galáxia, uma vez que estes isótopos são sintetizados pelas reações de fusão termonuclear que ocorrem no interior das estrelas.

[4] Estas formas diferentes da molécula são chamadas isotópicas e diferem no número de nêutrons que podem ter. As moléculas de monóxido de carbono utilizadas neste estudo são um exemplo de tais espécies moleculares, porque um isótopo estável de carbono pode ter tanto 12 como 13 nucleons no seu núcleo e um isótopo estável de oxigênio pode ter 16, 17 ou 18 nucleons.

[5] Schneider et al. fizeram observações espectroscópicas de estrelas individuais na 30 Doradus, uma região de formação estelar na Grande Nuvem de Magalhães, com o auxílio do espectrógrafo FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) montado no Very Large Telescope (VLT). Este estudo foi um dos primeiros a ser realizado com detalhe suficiente para mostrar que o Universo pode produzir regiões de formação estelar com distribuições de massa diferentes das da Via Láctea.

[6] Os resultados ALMA foram descritos no artigo científico intitulado “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time” de Zhang et al.,  publicado na revista Nature em 4 de junho de 2018. Os resultados VLT foram descritos no artigo científico intitulado “An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst” de Schneider et al., que foi publicado na revista Science em 5 de janeiro de 2018.

[7] Esta notícia científica foi traduzida por Margarida Serote (Portugal) e adaptada para o português brasileiro por Gustavo Rojas.

Como citar esta notícia científica: ESO. Excesso de estrelas massivas em galáxias com formação estelar explosiva. Tradução de Margarida Serote e Gustavo Rojas. Saense. http://saense.com.br/2018/06/excesso-de-estrelas-massivas-em-galaxias-com-formacao-estelar-explosiva/. Publicado em 05 de junho (2018).

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