NASA Webb e Hubble revelam história da relíquia da formação da Via Láctea

Pesquisadores que usaram dois dos observatórios mais poderosos da humanidade – os Telescópios Espaciais James Webb e Hubble da NASA – mostraram definitivamente que Terzan 5 não é um aglomerado estelar globular como já foi classificado, oferecendo uma nova visão sobre como galáxias como a nossa se formam e evoluem ao longo do tempo. Um aglomerado estelar globular normalmente tem apenas uma população estelar antiga. Novos dados não só confirmam a existência de duas populações distintas de estrelas em Terzan 5, mas também fornecem evidências de duas rondas mais recentes de formação estelar. Embora localizado dentro do bojo lotado da nossa Via Láctea, a região central e esférica de estrelas mais velhas da nossa galáxia, Terzan 5 era suficientemente massivo para manter a sua identidade separada enquanto sistemas mais leves se espalhavam e se misturavam para formar o bojo há milhares de milhões de anos. É como um caroço em uma massa de bolo bem misturada.

“As novas observações de Webb no infravermelho próximo, cruzadas com as observações de arquivo do Hubble, deram-nos uma imagem muito mais clara da história do Terzan 5,” disse Giorgia Zullo, que liderou a investigação e é estudante de doutoramento na Universidade de Bolonha, em Itália.

Estes resultados foram apresentados numa conferência de imprensa na terça-feira na 248ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Pasadena, e foram publicados na Astronomy & Astrophysics.

Descoberto em 1968 pelo astrônomo Azop Terzan, Terzan 5 se assemelha a um aglomerado globular em muitos aspectos. No entanto, em 2009, descobriu-se que este sistema abrigava duas populações distintas de estrelas. Em 2016, o Hubble forneceu a primeira estimativa das suas idades, mostrando que uma se formou há cerca de 12 mil milhões de anos — enquanto a própria Via Láctea se estava a formar — e a outra há cerca de 5 mil milhões de anos, pouco antes de a Terra começar a formar-se. Isto apontou para uma história mais complexa do que um aglomerado globular típico.

Estudar Terzan 5 é complicado pela sua localização numa região da nossa galáxia repleta de estrelas e fortemente obscurecida por poeira. Foi aqui que Webb entrou em cena. A sua visão infravermelha permitiu à equipa de investigação observar através da poeira e catalogar muito mais estrelas, e estrelas mais ténues, do que trabalhos anteriores. Ao medir as cores e o brilho das estrelas, os astrônomos podem classificá-las em populações de diferentes idades e químicas.

Webb foi capaz de medir essas propriedades-chave para cada estrela dentro do campo de visão do céu – tanto estrelas dentro de Terzan 5 quanto estrelas não relacionadas em primeiro plano. Para isolar as estrelas do Terzan 5, a equipe contou com o poder e a longevidade do Hubble. A separação de 12 anos permitiu à equipa medir movimentos muito pequenos de estrelas individuais, conhecidos como movimentos adequadospara determinar quais estrelas pertencem a Terzan 5 e quais fazem parte do bojo da Via Láctea.

Ao combinar dados do Webb e do Hubble, os investigadores encontraram fortes evidências de mais duas populações estelares, uma que se formou há 3,8 mil milhões de anos e outra há apenas 2,5 mil milhões de anos. Eles também foram capazes de determinar as idades das populações estelares anteriormente conhecidas com uma precisão sem precedentes, descobrindo que se formaram há 12,5 mil milhões e 4,7 mil milhões de anos atrás.

Com as duas gerações de estrelas anteriormente conhecidas, os astrónomos não podiam descartar a possibilidade de Terzan 5 ter interagido com outro objeto, como um aglomerado globular ou uma nuvem molecular gigante, tornando-se enriquecido com novo gás e poeira que desencadeou uma segunda ronda de formação estelar. Com quatro gerações estelares, essas explicações estão descartadas.

As medições da composição estelar das populações de Terzan 5 feitas no Observatório WM Keck e no Very Large Telescope do European Southern Observatory também apontam para populações muito distintas. “Juntamente com as idades destas populações, o aglomerado preserva um registo fóssil de enriquecimento progressivo de elementos pesados ​​por supernovas”, disse o co-autor R. Michael Rich, astrónomo investigador da Universidade da Califórnia, em Los Angeles.

Terzan 5 formou múltiplas gerações de estrelas porque foi capaz de reter as matérias-primas necessárias. Há evidências de poderosos supernova explosões em Terzan 5 que forjaram elementos mais pesados ​​que foram varridos pelas gerações subsequentes de estrelas. Em sistemas mais leves, a força das próprias explosões poderia ter ejetado os elementos resultantes, bem como varrido os restos de gás e poeira. O progenitor de Terzan 5 tinha massa suficiente para reter as ejeções dessas estrelas, permitindo a formação de novas gerações de estrelas ao longo de milhares de milhões de anos.

Os resultados mostram que Terzan 5 é provavelmente o remanescente de um sistema estelar muito mais massivo que se formou inicialmente há 12,5 mil milhões de anos. Terzan 5 é extraordinário porque sobreviveu — e nunca se fundiu ou se “misturou” totalmente com o bojo da Via Láctea. “Por alguma razão, este aglomerado peculiar de estrelas formou-se separadamente do bojo e não foi destruído quando o próprio bojo se formou,” disse Francesco R. Ferraro, professor da Universidade de Bolonha e investigador principal das observações de Webb. “Terzan 5 é o que hoje chamamos de fragmento fóssil protuberante porque se assemelha aos aglomerados primordiais que contribuíram para a formação da protuberância.”

Até o momento, existe outro objeto cósmico conhecido como Terzan 5. Lille 1 foi o segundo a ser reclassificado de um aglomerado estelar globular para um fragmento fóssil protuberante. Ele também contém várias gerações de estrelas. Pode haver mais objetos como este. Entre 40 a 50 aglomerados globulares adicionais que orbitam dentro do bojo serão examinados pela equipe de Ferraro para determinar se as suas populações estelares são todas iguais, como aglomerados globulares, ou têm várias gerações, como fragmentos fósseis do bojo.

Em última análise, esta investigação pode melhorar o que sabemos sobre como os bojos centrais das galáxias se formam ao longo de centenas de milhões de anos. “Com base em observações e simulações aprofundadas, pensamos que as galáxias no Universo primitivo tinham enormes discos de gás que se fragmentaram em aglomerados e formaram estrelas. Estes aglomerados migraram para o centro das galáxias e muitos fundiram-se para formar os seus bojos”, disse Barbara Lanzoni, co-autora e professora associada da Universidade de Bolonha. Por exemplo, Webb encontrou vários exemplos de galáxias “aglomeradas” que estavam se formando ativamente quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos de idade, como os aglomerados no Galáxia Firefly Sparkle. “Terzan 5 pode fornecer evidências diretas que podem ajudar a explicar como as protuberâncias se formaram nas galáxias de todo o universo”, disse Lanzoni.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).

O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam a nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também apoia operações missionárias em Goddard. O Space Telescope Science Institute em Baltimore, que é operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, conduz operações científicas do Hubble para a NASA.

Para saber mais sobre Webb, visite:

https://science.nasa.gov/webb

Para saber mais sobre o Hubble, visite:

https://science.nasa.gov/hubble

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