ALMA e VLT descobrem demasiadas estrelas massivas em galáxias com formação estelar explosiva, tanto próximas como longínquas

Imagem artística de uma galáxia poeirenta com formação estelar explosiva.
Crédito: ESO / M. Kornmesser

Com o auxílio do ALMA e do VLT, os astrónomos 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.

Esta descoberta desafia as atuais teorias de evolução galáctica, alterando o nosso conhecimento da história da formação estelar cósmica e da formação contínua de elementos químicos.

Observações ALMA de quatro galáxias distantes com formação estelar explosiva.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Zhang et al.

No intuito de estudar o Universo longínquo, uma equipa de cientistas liderada pelo astrónomo Zhi-Yu Zhang, da Universidade de Edimburgo, utilizou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar 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 bebés ainda não sofreram muitos episódios de formação estelar anteriores. Se não fosse este o caso, os resultados poderiam estar comprometidos.

Zhang e a sua equipa desenvolveram uma nova técnica — semelhante à datação por carbono radioactivo (também conhecida por datação por carbono-14) — 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 equipa observou a razão entre dois tipos de monóxido de carbono que contêm diferentes isótopos.

Os isótopos de carbono e de oxigénio têm origens diferentes”, explica Zhang. ”O 18O é mais produzido em estrelas massivas e o 13C é mais produzido em estrelas de massa pequena ou intermédia.” Graças à nova técnica, a equipa foi capaz de observar para além da poeira destas galáxias e determinar pela primeira vez a massa das suas estrelas.

A massa de uma estrela é o factor 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 milhares de milhões 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 co-autora do trabalho, Donatella Romano do INAF-Observatório de Astrofísica e Ciências do Espaço em Bolonha, explica o que a equipa descobriu: “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 corroborados por outra descoberta no Universo local. Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO e com o intuito de investigar a distribuição geral de idades estelares e massas iniciais, uma equipa 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 astrónomos que constroem modelos do Universo têm que voltar ao ponto de partida e usar modelos ainda mais sofisticados.

Fonte (transcrição): ESO

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