Missão Gaia encontra partes da Via Láctea muito mais antigas do que o esperado

Usando dados da missão Gaia da ESA , os astrônomos mostraram que uma parte da Via Láctea conhecida como “disco grosso” começou a se formar há 13 bilhões de anos, cerca de 2 bilhões de anos antes do esperado e apenas 0,8 bilhão de anos após o Big Bang.

Este resultado surpreendente vem de uma análise realizada por Maosheng Xiang e Hans-Walter Rix, do Instituto Max-Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha. Eles pegaram dados de brilho e posição do conjunto de dados Early Data Release 3 (EDR3) de Gaia e os combinaram com medições das composições químicas das estrelas, conforme dados do Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) da China para aproximadamente 250.000 estrelas para determinar suas idades.

Eles então focaram a sua atenção nas estrelas sub-gigantes. Nesse estágio a estrela já consumiu por fusão todo o hidrogênio em seu núcleo. Isso faz o núcleo contrair e aumentar de temperatura, e a estrela começa a fundir hidrogênio em uma camada ao redor do núcleo. A própria estrela está se transformando em uma estrela gigante vermelha. Como a fase subgigante é uma fase evolutiva “relativamente curta” na vida de uma estrela, é possível determinar a sua idade com “grande precisão”.

Como determinar a idade de estrelas?

Não é tão simples determinar a idade de uma estrela. Os atrônomos usam modelos de computador e fazem comparação entre estrelas. O Universo nasceu com quase exclusivamente hidrogênio e hélio. Os outros elementos químicos, conhecidos como “metais” pelos astrônomos, são feitos dentro das estrelas e explodidos de volta ao espaço no final da vida de uma estrela, onde podem ser incorporados à próxima geração de estrelas. Assim, estrelas mais velhas têm menos metais e por assim dizer, menor metalicidade.

Os dados do telescópio LAMOST dão a metalicidade. Juntos, o brilho e a metalicidade permitem que os astrônomos saibam a idade da estrela através dos modelos de computador. Antes da Sonda Gaia, os astrônomos trabalhavam rotineiramente com probabilidades de 20 a 40%, o que poderia resultar em medições imprecisas em um bilhão de anos ou mais.

O lançamento de dados EDR3 do Gaia mudou isso. “Com os dados de brilho do Gaia, somos capazes de determinar a idade de uma estrela subgigante em alguns por cento”, diz Maosheng. Munidos com as idades precisas de parte das estrelas subgigantes espalhadas pela Via Láctgea, os astrônomos Maosheng e Hans-Walter começaram a análise.

Anatomia da Via Láctea

Nossa galáxia é feita de diferentes componentes. Em geral, eles podem ser divididos em halo e disco (veja imagem acima). O halo é a região esférica ao redor do disco e tradicionalmente é considerado o componente mais antigo da galáxia. O disco é composto de duas partes: o disco fino e o disco grosso. O disco fino contém a maioria das estrelas que vemos como a faixa de luz enevoada no céu noturno que chamamos de Via Láctea. O disco grosso tem mais que o dobro da altura do disco fino, mas menor em raio, contendo apenas alguns por cento das estrelas da Via Láctea na vizinhança solar.

Ao identificar estrelas subgigantes nessas diferentes regiões, os pesquisadores conseguiram construir uma linha do tempo da formação da Via Láctea – e foi aí que eles tiveram uma surpresa.

Duas fases na história da Via Láctea

As eras estelares revelaram claramente que a formação da Via Láctea se dividiu em duas fases distintas. Na primeira fase, começando apenas 0,8 bilhão de anos após o Big Bang, o disco espesso começou a formar estrelas. As partes internas do halo também podem ter começado a se unir neste estágio, mas o processo acelerou rapidamente até a conclusão cerca de dois bilhões de anos depois, quando uma galáxia anã conhecida como Gaia-Salsicha-Enceladus se fundiu com a Via Láctea . Ele encheu o halo de estrelas e desencadeou o disco grosso nascente para formar a maioria de suas estrelas. O fino disco de estrelas que contém o Sol foi formado durante a segunda fase da formação da galáxia.

A análise também mostra que após a explosão de formação de estrelas desencadeada pela fusão com Gaia-Salsicha-Enceladus, o disco espesso continuou a formar estrelas até que o gás foi consumido cerca de 6 bilhões de anos após o Big Bang. Durante esse período, a metalicidade do disco espesso cresceu mais de um fator de 10.

Mas, notavelmente, os pesquisadores veem uma relação de idade estelar-metalicidade muito estreita, o que indica que durante todo esse período, o gás que formava as estrelas estava bem misturado em todo o disco. Isso implica que as primeiras regiões do disco da Via Láctea devem ter sido formadas a partir de gás altamente turbulento que efetivamente espalhou os metais por toda parte.

Uma linha do tempo graças a Gaia

A idade de formação anterior do disco espesso aponta para uma imagem diferente da história inicial da nossa galáxia. “Desde a descoberta da antiga fusão com Gaia-Salsicha-Enceladus, em 2018, os astrônomos suspeitavam que a Via Láctea já existia antes do halo se formar, mas não tínhamos uma imagem clara de como era essa Via Láctea. Nossos resultados fornecem detalhes requintados sobre essa parte da Via Láctea, como seu nascimento, sua taxa de formação de estrelas e histórico de enriquecimento de metais. Reunir essas descobertas usando dados do Gaia está revolucionando nossa imagem de quando e como nossa galáxia foi formada.” diz Maosheng.

E talvez ainda não estejamos olhando longe o suficiente no Universo para ver a formação de discos galácticos semelhantes. Uma idade de 13 bilhões de anos corresponde a um desvio para o vermelho de 7, onde o desvio para o vermelho é uma medida de quão longe está um objeto celeste e, portanto, quanto tempo sua luz levou para atravessar o espaço e chegar até nós. [ESA]