Webb e Hubble revelam relíquia da formação da nossa galáxia

O aglomerado contém quatro gerações distintas de estrelas, confirmando-o como o protótipo de um “fragmento fóssil protuberante”. Há milhares de milhões de anos, aglomerados primordiais semelhantes espalharam-se e fundiram-se para formar o bojo da Via Láctea, mas o Terzan 5 permaneceu intacto até aos dias de hoje.

O novo estudo que combinou observações recentes de Webb com dados obtidos ao longo de 12 anos do Hubble mostrou que Terzan 5 experimentou até quatro episódios distintos de formação estelar, confirmando que não é um verdadeiro aglomerado globular.

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 Via Láctea, a região esférica central de estrelas mais velhas da nossa galáxia, Terzan 5 era massivo o suficiente para manter sua identidade separada enquanto sistemas mais leves se espalhavam e se misturavam para formar o bojo há bilhões 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 pesquisa e é estudante de doutorado na Universidade de Bolonha, na Itália.

Estes resultados foram apresentados numa conferência de imprensa na terça-feira, na 248ª reunião da Sociedade Astronómica Americana, e foram publicado em Astronomia e Astrofísica.

Quatro gerações de estrelas

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 das exposições do Hubble permitiu à equipa medir movimentos muito pequenos de estrelas individuais, conhecidos como movimentos próprios, para 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 coautor R. Michael Rich, astrônomo pesquisador 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.

‘Fragmento fóssil protuberante’

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.

Potenciais paralelos para a formação de galáxias próximas e distantes

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 primordial 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 as suas protuberâncias,” disse Barbara Lanzoni, coautora e professora associada da Universidade de Bolonha. Por exemplo, Webb descobriu 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 Universo. 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,” Bárbara disse.

Mais informações
Webb é o maior e mais poderoso telescópio já lançado ao espaço. Ao abrigo de um acordo de colaboração internacional, a ESA forneceu o serviço de lançamento do telescópio, utilizando o veículo de lançamento Ariane 5. Trabalhando com parceiros, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e qualificação das adaptações do Ariane 5 para a missão Webb e pela aquisição do serviço de lançamento pela Arianespace. A ESA também forneceu o espectrógrafo robusto NIRSpec e 50% do instrumento infravermelho médio MIRIque foi projetado e construído por um consórcio de institutos europeus financiados nacionalmente (The MIRI European Consortium) em parceria com o JPL e a Universidade do Arizona.

Webb é uma parceria internacional entre NASA, ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA).

Lançamento em esawebb.org

Artigo científico

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