Jornal da USP
27/03/2024

Grande Nuvem de Magalhães, galáxia satélite que orbita a Via Láctea – Foto: Tarsis Silveira – Wikipedia / CC BY-SA 4.0

Um artigo internacional recém-publicado na revista Nature Astronomy revelou novos detalhes sobre a composição química de estrelas antigas na Grande Nuvem de Magalhães (LMC, sigla em inglês), uma galáxia satélite da Via Láctea. Dois brasileiros participaram do estudo, incluindo Henrique Marques Reggiani, doutor pelo Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP e Guilherme Limberg, atualmente pesquisador do IAG e um dos responsáveis pelo desenvolvimento da metodologia que indicou que o ambiente de formação das primeiras estrelas pode ter impactado a produção de elementos químicos.

O estudo, intitulado Enrichment by Extragalactic First Stars in the Large Magellanic Cloud, explorou estrelas com níveis extremamente baixos de metais na LMC. Os pesquisadores identificaram uma estrela notavelmente empobrecida em metais na LMC, sendo cerca de 50 vezes mais pobre em metais do que qualquer outra estrela previamente conhecida fora da Via Láctea. Além disso, a estrela apresentou disparidades químicas significativas em relação às mais antigas da nossa Galáxia.

A qual galáxia pertence uma estrela?

A participação de Limberg começou durante seu período na Universidade de Chicago, nos EUA. Lá, os cientistas enfrentavam dificuldades de distinguir estrelas da Grande Nuvem de Magalhães das estrelas da Via Láctea, ambas na mesma linha de visão. Para auxiliá-los, o astrônomo colaborou com uma estratégia inovadora para calcular a órbita dessas estrelas, demonstrando que elas estavam intrinsecamente ligadas à outra galáxia.

“Na nossa visão [aqui da Terra], todas as estrelas da nossa Galáxia estão ‘na frente’ da outra galáxia, a Grande Nuvem de Magalhães”, afirma ele ao reforçar que identificar se uma estrela específica pertence a essa galáxia é um desafio considerável. “A cor e o brilho de uma estrela podem oferecer uma ideia aproximada da distância, mas esse método possui suas limitações”, esclarece ele.

Portanto, quanto maior a distância, mais difícil de se chegar a conclusões. Não por acaso, a Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia irregular rica em gases e poeira, é conhecida por ser um epicentro constante de intensa atividade de formação estelar, abrigando a Nebulosa da Tarântula. Visível a olho nu, sua localização no céu noturno do hemisfério sul foi nomeada por Fernão de Magalhães durante uma expedição ao redor da Terra em 1519. A distância da Grande Nuvem de Magalhães à Via Láctea é desafiadora de determinar, com cálculos recentes indicando uma faixa de 155 a 165 mil anos-luz.

Fazendo arqueologia estelar

Considerando as dificuldades, a pesquisa internacional utilizou dados do satélite Gaia e focou em encontrar estrelas antigas com baixa quantidade de metais, possivelmente testemunhando os estágios iniciais das galáxias, pois acredita-se que as primeiras estrelas eram principalmente compostas de hidrogênio.

“Logo após o Big Bang, o universo estava predominantemente composto por hidrogênio. Não havia presença significativa de elementos pesados. Com o tempo, ocorreram processos de enriquecimento químico do universo com elementos mais pesados. Então, quando observamos estrelas com uma quantidade limitada de elementos pesados, é provável que sejam mais antigas”, revela Limberg.

A metodologia utilizada para identificar essas estrelas mais antigas incluiu o desenvolvimento de uma técnica para selecionar estrelas pobres em metais na LMC usando a espectroscopia.

“Para entender a composição química a partir dos dados do Gaia, usamos algo chamado espectroscopia. Isso é como quando você passa luz através de um prisma e ela se divide nas diferentes cores, certo?”, detalha ele. “Então, ao observar a luz de uma estrela em diferentes cores, conseguimos estudar sua química. No caso da LMC, usamos espectroscopia, mas com uma resolução bastante baixa. Agora, em vez de fazer fotometria [medição da luz] diretamente, tiramos proveito do espectro já dividido em cores”, elabora o especialista.

“Na parte técnica, utilizamos espectroscopia para obter informações químicas das estrelas. Esse método analisa a luz emitida pelas estrelas em diferentes cores, representadas pelos comprimentos de onda”, conta ele. No entanto, de acordo com o especialista, a espectroscopia do Gaia possui baixa resolução. “Para superar isso, realizamos fotometria, que é como tirar fotos do céu usando filtros para capturar diferentes cores de luz, como vermelho. Essa combinação de espectroscopia e fotometria nos forneceu dados valiosos, apesar da limitação de resolução do Gaia”.

Ao selecionarem as estrelas antigas da Grande Nuvem e compararem com os dados das estrelas antigas da Via Láctea, os pesquisadores puderam tirar uma série de conclusões: “O ponto aqui é que as estrelas muito velhas na nossa Galáxia, formadas a partir dos primeiros eventos de nucleossíntese, geralmente possuem uma quantidade significativa de carbono. Isso ocorre porque as primeiras estrelas do Universo, ao explodirem como supernovas, produziram um excesso de carbono que pode ser detectado na geração seguinte de estrelas”, relata ele. No entanto, ao estudar estrelas semelhantes na Grande Nuvem de Magalhães, observou-se uma diferença crucial: essas estrelas possuem muito pouco carbono.

“A questão central é que, embora as galáxias evoluam de maneira diferente hoje em dia, nas fases iniciais do universo, todas as primeiras estrelas eram essencialmente idênticas, compostas principalmente de hidrogênio. Essa diferença no teor de carbono sugere uma variação nos processos de enriquecimento químico pelas primeiras estrelas”, esclarece.

Na opinião do especialista, o próximo passo é expandir o estudo para outras galáxias satélites da Via Láctea, verificando se a falta de carbono é única da Grande Nuvem de Magalhães ou uma característica comum entre essas galáxias.

Para Limberg, o trabalho contribui para uma compreensão mais profunda da história da formação estelar e dos elementos nos diferentes ambientes da LMC e da Via Láctea, expandindo o conhecimento da arqueologia estelar para escalas extragalácticas

Como nasce uma estrela?

Uma estrela nasce a partir de uma nuvem de gás e poeira, conhecida como nebulosa. A gravidade faz com que a nebulosa comece a se contrair, aumentando a temperatura e a pressão em seu núcleo. Quando a temperatura atinge cerca de 15 milhões de graus Celsius, ocorre a fusão nuclear, que é a reação que transforma hidrogênio em hélio. Essa reação libera uma enorme quantidade de energia, que é o que faz a estrela brilhar.

Existem várias teorias sobre a formação estelar, mas a mais aceita é a teoria da contração gravitacional. Essa teoria sugere que as estrelas se formam a partir de nuvens de gás e poeira que se contraem sob a influência da gravidade. À medida que a nuvem se contrai, a temperatura e a pressão aumentam, até que a fusão nuclear comece a ocorrer no núcleo da nuvem. Outra teoria é a teoria da fragmentação, que sugere que as estrelas se formam a partir de fragmentos de nuvens de gás e poeira que se separam da nuvem principal. Esses fragmentos se contraem e formam estrelas individuais. Outra teoria é a teoria da acreção, que sugere que as estrelas se formam a partir da acreção de material de uma nuvem circundante. À medida que o material é adicionado à estrela em formação, a gravidade aumenta e a estrela se contrai. Essas teorias são baseadas em observações astronômicas e em modelos teóricos de formação estelar.

Mais informações: e-mail guilherme.limberg@usp.br, com o pesquisador Guilherme Limberg [1], [2]

[1] Texto de Denis Pacheco

[2] Publicação original: https://jornal.usp.br/ciencias/estudo-revela-diferencas-sobre-formacao-de-estrelas-da-grande-nuvem-de-magalhaes/

Como citar este texto: Jornal da USP. Estudo revela diferenças sobre formação de estrelas da Grande Nuvem de Magalhães. Texto de Denis Pacheco. Saense. https://saense.com.br/2024/03/estudo-revela-diferencas-sobre-formacao-de-estrelas-da-grande-nuvem-de-magalhaes/. Publicado em 27 de março (2024).

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