Com o auxílio do ALMA e do VLT do ESO, astrônomos descobriram que, tanto galáxias com formação estelar explosiva do Universo primordial, como uma região de formação estelar situada numa galáxia próxima, contêm uma proporção de estrelas massivas muito maior do que a encontrada em galáxias mais calmas.
© ESO/M. Kornmesser (ilustração de uma galáxia empoeirada com formação estelar explosiva)
Esta descoberta desafia as atuais teorias de evolução galática, alterando o nosso conhecimento da história da formação estelar cósmica e da formação contínua de elementos químicos.
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 analisar a proporção de estrelas massivas em quatro galáxias distantes ricas em gás com formação estelar explosiva. Observamos estas galáxias quando o Universo era muito mais jovem do que atualmente, o que significa que, muito provavelmente, estes objetos muito jovens 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 (14C), para medir as abundâncias de diferentes tipos de monóxido de carbono em quatro galáxias muito distantes envoltas em poeira e com formação estelar explosiva. A equipe observou a razão entre dois tipos de monóxido de carbono que contêm diferentes isótopos.
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.
Os isótopos de carbono e de oxigênio têm origens diferentes. O 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 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 (VLT) e com o intuito de investigar a distribuição geral de idades estelares e massas iniciais, 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.”
Os resultados do ALMA foram descritos no artigo científico intitulado “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time” de Zhang et al., que foi publicado hoje na revista Nature. Os resultados do 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.
Fonte: ESO
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