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Jan 11

Observações de Galáxias Primordiais sugerem que as Primeiras Estrelas eram mais Quentes do que as Actuais

Na última década, com a ajuda de alguns dos maiores e mais sofisticados telescópios do mundo, os astrónomos puderam determinar que as galáxias primordiais, ainda em crescimento, formavam estrelas a um ritmo dezenas de vezes superior ao actual, em verdadeiros “baby booms” estelares. Mas parece que estes embriões galácticos não eram diferentes apenas pela quantidade mas também pelo tipo de estrelas que formavam.

Representação artística de uma galáxia embrionária com intensa formação estelar. Observações sugerem que as primeiras gerações de estrelas do Universo eram consideravelmente diferentes das actuais: mais quentes, mais maciças e mais luminosas.
Crédito: ESO / M. Kornmesser.

No 229º Encontro da Sociedade Astronómica Americana, os astrónomos Matthew Malkan e Daniel Cohen, da Universidade da Califórnia — Los Angeles, apresentaram uma análise de imagens profundas (designadas por Subaru Deep Field) obtidas com o telescópio Subaru, situado no topo do Mauna Kea, no Hawaii . A análise demonstra que estas galáxias emitiam radiação copiosamente em duas linhas espectrais (designadas por [OIII]) associadas ao oxigénio duplamente ionizado, nos 501 e 496 nanometros, na região verde-azulada do espectro visível. Esta observação é em si extraordinária pois, para retirar dois electrões aos átomos de oxigénio é necessário irradiá-los com fotões extremamente energéticos, do ultravioleta extremo. Estes fotões são produzidos em quantidades apreciáveis apenas quando a temperatura ambiente é superior a 50 mil Kelvin!

O Subaru Deep Field, uma região do céu observada durante horas a fio pelo telescópio Subaru com o objectivo de registar imagens de galáxias primordiais.
Crédito: Subaru telescope, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) e R. Jay GaBany (processamento).

Para o leitor ter uma ideia do quão excepcionais estas condições são no Universo actual, as estrelas normais mais quentes conhecidas são as de tipo espectral O (subtipo O2 mais especificamente) com temperaturas na ordem dos 40 a 50 mil Kelvin. Mesmo estas estrelas não conseguem ionizar facilmente o oxigénio interestelar e produzir uma forte emissão nas linhas [OIII]. Temos de procurar com mais cuidado para encontrar locais na nossa galáxia onde essa emissão é visível, por exemplo, em bolhas de gás ejectadas por estrelas raras e extremamente quentes como as Wolf-Rayet e nas nebulosas planetárias iluminadas pela luz ultravioleta intensa de anãs brancas. No centro de algumas maternidades estelares, associada a grupos compactos de estrelas maciças e quentes, é possível observar alguma emissão [OIII], mas nestes locais a emissão de longe mais comum é a associada ao hidrogénio ionizado, de cor rosa, que requer fotões ultravioletas muito menos energéticos e, portanto, temperaturas mais baixas.

A estrela de Wolf-Rayet WR136 irradia uma bolha de gás por ela ejectada que emite intensamente nas linhas [OIII] (a azul na imagem).
Crédito: Vladimir Rau.
Fonte: http://www.ried-sternwarte.de

A nebulosa planetária NGC3132 brilha intensamente nas linhas [OIII] (cor azul clara) devido à radiação ultravioleta de uma anã branca (a estrela mais débil do par, no centro).
Crédito: NASA/ESA

O trabalho de Malkan e Cohen mostra, no entanto, que as galáxias primordiais emitiam intensamente nas linhas [OIII]. Isto implica que nessas galáxias as nuvens de gás interestelar devem estar a ser irradiadas com luz ultravioleta extrema. Esta luz só pode ter origem em estrelas jovens que devem, por isso, ser muito mais quentes (e consequentemente mais maciças e luminosas) do que as estrelas jovens no Universo actual. Estas observações são consistentes com a hipótese de que as primeiras gerações de estrelas se formaram a partir de gás interestelar muito deficitário em elementos mais pesados do que o hidrogénio e o hélio, a que os astrónomos chamam de “metais”. Uma tal composição favorece a formação de estrelas muito mais maciças, quentes e luminosas do que as que vemos actualmente no Universo, em que o gás interestelar foi enriquecido em metais por gerações sucessivas de estrelas que os sintetizaram e disseminaram.

O telescópio espacial James Webb, com o seu espelho principal de 6.5 metros. Cada um dos 18 segmentos do espelho é feito de berílio com um revestimento fino de ouro, uma optimização para observações no infravermelho próximo.
Crédito: NASA

As galáxias estudadas por Malkan e Cohen no Subaru Deep Field têm um desvio para o vermelho de z ≈ 3, correspondendo a uma idade de apenas 2 mil milhões de anos após o Big Bang. Isto quer dizer que o comprimento de onda observado para as linhas [OIII] é 4 vezes (1+z) o normal (em repouso) situando-se no infravermelho próximo. A observação directa de radiação proveniente das primeiras gerações de estrelas é certamente uma tarefa para a próxima geração de telescópios espaciais como o James Webb Space Telescope e WFIRST, da NASA, e o EUCLID, da ESA, todos eles optimizados para observar nesta região do espectro electromagnético.

Fonte: Phys.org

Acerca do autor(a)

Luís Lopes

Luís Lopes é professor no departamento de Ciência de Computadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Astrónomo amador há mais de 25 anos, interessa-se pela ciência em geral e pela sua divulgação. Acompanha com especial atenção os desenvolvimentos nas áreas de exoplanetas e da evolução estelar. Gosta de estar com a família, de ler um bom livro, de plantar e ver crescer árvores e de passar noites a observar o céu. Também escreve para o AstroPT de vez em quando ;-)

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