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Um novo estudo revelou a verdadeira forma da nuvem difusa de estrelas que envolve o disco da nossa galáxia. Durante décadas, os astrônomos pensaram que essa nuvem de estrelas – chamada de halo estelar – era em grande parte esférica, como uma bola de praia. Agora, um novo modelo baseado em observações modernas mostra que o halo estelar é oblongo e inclinado, muito parecido com uma bola de futebol que acabou de ser chutada.
As descobertas – publicadas este mês O Jornal Astronômico — oferecem insights sobre uma série de áreas temáticas astrofísicas. Os resultados, por exemplo, lançam luz sobre a história de nossa galáxia e evolução galáctica, ao mesmo tempo em que oferecem pistas sobre a busca contínua pela misteriosa substância conhecida como matéria escura.
“A forma do halo estelar é um parâmetro muito fundamental que acabamos de medir com maior precisão do que era possível antes”, diz o principal autor do estudo, Jiwon “Jesse” Han, aluno de doutorado do Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian. “Existem muitas implicações importantes do halo estelar não ser esférico, mas ter a forma de uma bola de futebol, bola de rúgbi ou zepelim – faça a sua escolha!”
“Durante décadas, a suposição geral foi de que o halo estelar é mais ou menos esférico e isotrópico, ou o mesmo em todas as direções”, acrescenta o coautor do estudo Charlie Conroy, orientador de Han e professor de astronomia na Universidade de Harvard e no Centro de Astrofísica. “Agora sabemos que a imagem do livro didático de nossa galáxia embutida em um volume esférico de estrelas deve ser descartada”.
O halo estelar da Via Láctea é a porção visível do que é mais amplamente chamado de halo galáctico. Este halo galáctico é dominado por matéria escura invisível, cuja presença só é mensurável através da gravidade que exerce. Cada galáxia tem seu próprio halo de matéria escura. Esses halos servem como uma espécie de andaime sobre o qual paira a matéria comum e visível. Por sua vez, essa matéria visível forma estrelas e outras estruturas galácticas observáveis. Para entender melhor como as galáxias se formam e interagem, bem como a natureza subjacente da matéria escura, os halos estelares são alvos astrofísicos valiosos.
“O halo estelar é um traçador dinâmico do halo galáctico,” diz Han. “Para aprender mais sobre os halos galácticos em geral, e especialmente sobre o halo galáctico e a história da nossa própria galáxia, o halo estelar é um ótimo lugar para começar.”
Compreender a forma do halo estelar da Via Láctea, porém, há muito desafia os astrofísicos pela simples razão de que estamos inseridos nele. O halo estelar se estende por várias centenas de milhares de anos-luz acima e abaixo do plano estrelado de nossa galáxia, onde reside nosso Sistema Solar.
“Ao contrário das galáxias externas, onde apenas olhamos para elas e medimos seus halos”, diz Han, “nos falta o mesmo tipo de perspectiva aérea externa do halo de nossa própria galáxia”.
Para complicar ainda mais as coisas, o halo estelar provou ser bastante difuso, contendo apenas cerca de um por cento da massa de todas as estrelas da galáxia. No entanto, ao longo do tempo, os astrônomos conseguiram identificar muitos milhares de estrelas que povoam esse halo, que são distinguíveis de outras estrelas da Via Láctea devido à sua composição química distinta (medida por estudos de sua luz estelar), bem como por suas distâncias e movimentos através o céu. Por meio desses estudos, os astrônomos perceberam que as estrelas do halo não são distribuídas uniformemente. O objetivo desde então tem sido estudar os padrões de superdensidade de estrelas – aparecendo espacialmente como cachos e riachos – para resolver as origens do halo estelar.
O novo estudo dos pesquisadores e colegas do CfA aproveita dois grandes conjuntos de dados reunidos nos últimos anos que sondaram o halo estelar como nunca antes.
O primeiro conjunto é da Gaia, uma espaçonave revolucionária lançada pela Agência Espacial Europeia em 2013. Gaia continuou compilando as medições mais precisas das posições, movimentos e distâncias de milhões de estrelas na Via Láctea, incluindo algumas estrelas próximas do halo estelar .
O segundo conjunto de dados é do H3 (Hectochelle no Halo em alta resolução), uma pesquisa terrestre realizada no MMT, localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple no Arizona, e uma colaboração entre o CfA e a Universidade do Arizona. O H3 reuniu observações detalhadas de dezenas de milhares de estrelas do halo estelar muito distantes para serem avaliadas pelo Gaia.
A combinação desses dados em um modelo flexível que permitiu que a forma do halo estelar emergisse de todas as observações produziu o halo decididamente não esférico – e a forma da bola de futebol se encaixa perfeitamente com outras descobertas até o momento. A forma, por exemplo, concorda de forma independente e forte com uma teoria importante sobre a formação do halo estelar da Via Láctea.
De acordo com essa estrutura, o halo estelar se formou quando uma galáxia anã solitária colidiu 7-10 bilhões de anos atrás com nossa galáxia muito maior. A galáxia anã que partiu é curiosamente conhecida como Gaia-Salsicha-Enceladus (GSE), onde “Gaia” se refere à espaçonave mencionada, “Salsicha” para um padrão que aparece ao plotar os dados de Gaia e “Enceladus” para o gigante mitológico grego que foi enterrado sob uma montanha – mais ou menos como GSE foi enterrado na Via Láctea. Como consequência desse evento de colisão galáctica, a galáxia anã foi dilacerada e suas estrelas constituintes espalhadas em um halo disperso. Essa história de origem explica a diferença inerente das estrelas do halo estelar com as estrelas nascidas e criadas na Via Láctea.
Os resultados do estudo relatam ainda como o GSE e a Via Láctea interagiram todas essas eras atrás. A forma da bola de futebol – tecnicamente chamada de elipsóide triaxial – reflete as observações de dois amontoados de estrelas no halo estelar. Os engavetamentos se formaram ostensivamente quando o GSE passou por duas órbitas da Via Láctea. Durante essas órbitas, o GSE teria desacelerado duas vezes nos chamados apocentros, ou os pontos mais distantes na órbita da galáxia anã do maior atrator gravitacional, a pesada Via Láctea; essas pausas levaram ao derramamento extra de estrelas GSE. Enquanto isso, a inclinação do halo estelar indica que o GSE encontrou a Via Láctea em um ângulo de incidência e não direto.
“A inclinação e a distribuição das estrelas no halo estelar fornecem uma confirmação dramática de que nossa galáxia colidiu com outra galáxia menor de 7 a 10 bilhões de anos atrás”, diz Conroy.
Notavelmente, tanto tempo se passou desde o choque GSE-Via Láctea que se esperava que as estrelas estelares do halo se acomodassem dinamicamente na forma esférica clássica, assumida há muito tempo. O fato de que eles provavelmente não falam sobre o halo galáctico mais amplo, diz a equipe. Essa estrutura dominada por matéria escura provavelmente está torta e, por meio de sua gravidade, também mantém o halo estelar fora de ordem.
“O halo estelar inclinado sugere fortemente que o halo de matéria escura subjacente também é inclinado”, diz Conroy. “Uma inclinação no halo da matéria escura pode ter ramificações significativas em nossa capacidade de detectar partículas de matéria escura em laboratórios na Terra”.
O último ponto de Conroy alude aos múltiplos experimentos com detectores de matéria escura agora em execução e planejados. Esses detectores podem aumentar suas chances de capturar uma interação indescritível com a matéria escura se os astrofísicos puderem julgar onde a substância está mais concentrada, galáctica falando. À medida que a Terra se move pela Via Láctea, ela encontrará periodicamente essas regiões de partículas de matéria escura densas e de alta velocidade, aumentando as chances de detecção.
A descoberta da configuração mais plausível do halo estelar deve levar muitas investigações astrofísicas adiante, ao mesmo tempo em que preenche detalhes básicos sobre nosso lugar no universo.
“Estas são perguntas intuitivamente interessantes para se fazer sobre a nossa galáxia: ‘Como é a galáxia?’ e ‘Como é o halo estelar?’,” diz Han. “Com esta linha de pesquisa e estudo em particular, estamos finalmente respondendo a essas perguntas.”
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