Estrelas com mais de 10 bilhões de anos trazem novas pistas sobre a origem da Via Láctea

Um trabalho de pesquisadores da USP traz novos indícios para o estudo da origem da nossa galáxia, a Via Láctea. Os cientistas produziram estimativas da idade de estrelas ao combinar dados de telescópios sobre composição química, temperatura e distância da Terra, com auxílio do código de computador Star Horse. As análises identificaram estrelas com idade superior a 10 bilhões de anos, e que seriam anteriores à fusão de galáxias que teria dado origem ao disco fino, área mais concentrada da Via Láctea. O estudo é descrito em artigo da publicação científica The Astrophysical Journal.

“No Universo, as galáxias podem apresentar diferentes formatos”, afirma ao Jornal da USP a pesquisadora Lais Borbolato, doutoranda do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, primeira autora do artigo. “Existem galáxias elípticas, que têm uma forma mais esférica, galáxias irregulares, que não possuem um formato bem definido, e galáxias espirais, que apresentam uma estrutura achatada, semelhante ao formato de um disco.”

“A Via Láctea é uma galáxia do tipo espiral, o que significa que a maior parte de suas estrelas está distribuída em uma grande estrutura achatada. O Sol é uma dessas estrelas e, portanto, nós também estamos localizados dentro desse disco galáctico”, explica a pesquisadora. “Além das estrelas, o disco da Via Láctea contém nuvens de gás e poeira, que desempenham um papel fundamental na formação de novas estrelas.”

De acordo com Lais Borbolato, a diferença entre os discos da Via Láctea está na composição química das estrelas, em seus movimentos e na forma como estão distribuídas no espaço. “De maneira simplificada, podemos imaginar esses dois componentes como dois discos sobrepostos”, observa. “O disco espesso é, como o nome indica, mais “grosso” verticalmente e está mais concentrado nas regiões internas da galáxia, ou seja, não se estende tanto para longe do centro. Já o disco fino é mais achatado e se espalha por distâncias maiores.”

“Do ponto de vista da composição química, as estrelas do disco espesso apresentam maiores quantidades de elementos químicos como magnésio (Mg) e oxigênio (O), quando comparadas às estrelas do disco fino. Já o disco fino é mais rico em outros elementos como Ferro (Fe) e Níquel (Ni)”, relata a pesquisadora.

“Por fim, há diferenças também na cinemática, isto é, no movimento das estrelas. Embora todas orbitem o centro da galáxia, as estrelas do disco espesso se movem com velocidades intermediárias e em órbitas menos circulares. Em contraste, as estrelas do disco fino, como o Sol, apresentam velocidades maiores e órbitas mais próximas de círculos.”

Idade das estrelas

Os pesquisadores analisaram a distribuição de idades das estrelas dos discos fino e espesso da Via Láctea. “Usamos uma amostra maior e mais confiável do que a disponível em trabalhos anteriores, comparando essas idades com a estimativa do momento da última grande fusão sofrida pela Via Láctea, ocorrida com uma galáxia menor há 10 bilhões de anos”, aponta Lais Borbolato. “Essa comparação é um ponto central do estudo, pois o modelo mais aceito para a formação do disco galáctico propõe que o disco espesso teria se formado inteiramente antes dessa fusão, enquanto o disco fino teria se formado posteriormente, a partir do gás trazido por essa galáxia satélite.”

“Ao empregar essa nova amostra de dados foi possível mostrar que esse cenário não explica completamente as observações. Identificamos centenas de estrelas com características do disco fino que possuem idades anteriores à fusão, comparáveis às idades das estrelas do disco espesso”, diz a pesquisadora. “Esses resultados indicam que essas estrelas não podem ter se formado segundo o modelo tradicional, apontando para a necessidade de revisar os cenários de formação dos discos da Via Láctea.”

As idades das estrelas do disco foram determinadas com o auxílio de um código computacional chamado StarHorse, desenvolvido principalmente na Alemanha, mas por um grupo de pesquisadores majoritariamente brasileiro. “Esse código combina informações obtidas por três técnicas observacionais diferentes, fotometria, espectroscopia e astrometria, fornecidas por telescópios e instrumentos astronômicos”, descreve Lais Borbolato. “De forma simplificada, a fotometria fornece informações relacionadas à temperatura da estrela, a espectroscopia revela sua composição química, e a astrometria indica a distância da estrela em relação a nós.”

“O StarHorse reúne esses três tipos de dados e os compara com modelos teóricos de evolução estelar, permitindo estimar a idade mais provável de cada estrela. As bases de dados utilizadas na pesquisa fornecem medidas muito precisas de composição química e velocidade das estrelas, o que é essencial para distinguir quais pertencem ao disco fino e quais fazem parte do disco espesso”, ressalta a pesquisadora. “Quando essas informações são combinadas com as idades estelares estimadas pelo código, obtemos uma amostra robusta e confiável para o estudo dessas duas populações da Via Láctea. O método em si já é conhecido há algum tempo, seu caráter inovador está na aplicação de forma automática e consistente a um volume muito grande de estrelas.”

O trabalho identificou e analisou centenas de estrelas que apresentam características químicas e cinemáticas típicas do disco fino, mas com idades superiores a 10 bilhões de anos. “Essas idades são anteriores à última grande fusão sofrida pela Via Láctea. Esse achado é particularmente relevante porque não pode ser explicado pelos modelos tradicionais em que essa fusão seria um evento necessário para a formação do disco fino”, salienta Lais Borbolato. “Assim, os resultados indicam que o disco fino pode ter começado a se formar mais cedo do que se pensava, de forma simultânea ao disco espesso. Isso aponta para a necessidade de investigar outros mecanismos de formação capazes de explicar a origem conjunta desses dois componentes do disco da Via Láctea.”

A pesquisa contou com a participação de Lais Borbolato e Fabrícia Barbosa, doutorandas em Astronomia, João Nogueira Santos, graduando, e Silvia Rossi, professora do Departamento de Astronomia do IAG, Hélio Perottoni, professor no Observatório Nacional (ON) no Rio de Janeiro, Guilherme Limberg, pós-doutorando na University of Chicago (Estados Unidos), João Amarante, em pós-doutorado na Shanghai Jiao Tong University (China), Anna Queiroz, pós-doutoranda no Instituto de Astrofísica de Canarias (Espanha), Cristina Chiappini, pesquisadora no Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (Alemanha), Friedrich Anders, pós-doutorando na Universitat de Barcelona (Espanha). Limberg, Anna Queiroz, Cristina Chiappini e Anders são membros da colaboração do StarHorse, responsável pelas estimativas das idades estelares.