Determinar onde termina a Via Láctea é sempre um desafio porque o seu disco não para repentinamente – ele desaparece lentamente no espaço. Agora, pela primeira vez, uma equipa internacional de astrónomos identificou os limites do disco de formação estelar da galáxia, examinando as idades das estrelas. As suas descobertas mostram que a maior parte da formação estelar na Via Láctea ocorre a cerca de 40.000 anos-luz do centro galáctico.
Para chegar a esta conclusão, os investigadores combinaram medições das idades de estrelas gigantes brilhantes com simulações avançadas da evolução das galáxias. Este método revelou um padrão distinto em “forma de U” na forma como as idades estelares são distribuídas, marcando os limites externos da formação estelar ativa na nossa Galáxia.
“A extensão do disco de formação estelar da Via Láctea tem sido uma questão em aberto na arqueologia galáctica; ao mapear como as idades das estrelas mudam ao longo do disco, temos agora uma resposta clara e quantitativa,” comentou o autor principal do artigo, Dr. Karl Fiteni, agora baseado na Universidade de Insubria.
O crescimento para dentro e para fora molda as galáxias
As galáxias não formam estrelas uniformemente em seus discos. Em vez disso, crescem do centro para fora. A formação estelar começa na densa região central e espalha-se lentamente ao longo de milhares de milhões de anos, um processo conhecido como crescimento “de dentro para fora”. Como resultado, as estrelas são geralmente mais pequenas a distâncias maiores do centro, uma vez que estas regiões exteriores só recentemente começaram a formar estrelas.
A Via Láctea segue esse padrão até certo ponto. O estudo mostra que a idade das estrelas diminui com a distância do centro, como esperado. No entanto, a cerca de 35.000 a 40.000 anos-luz do Centro Galáctico, esta tendência inverte-se. Fora desta região, as estrelas envelhecem novamente com o aumento da distância, produzindo o característico perfil de idade em forma de U.
Ao comparar este padrão com simulações detalhadas de galáxias, os investigadores determinaram que o ponto em que as estrelas estão mais jovens coincide com uma queda acentuada na eficiência da formação estelar. Isto confirma-o como o verdadeiro limite do disco de formação estelar da Via Láctea. “Os dados agora disponíveis permitem que idades estelares cada vez mais precisas sirvam como uma ferramenta poderosa para decifrar a história da Via Láctea, inaugurando uma nova era de descoberta sobre a nossa galáxia natal,” comentou o coautor e supervisor do projeto baseado na Universidade de Malta, Professor Joseph Caruana.
Por que as estrelas existem além da borda de formação estelar
Se a formação estelar pára tão abruptamente nesta fronteira, isto levanta uma questão óbvia. Por que eles ainda estão além?
A resposta reside num processo chamado “migração radial” – as estrelas movem-se lentamente para fora do seu local de nascimento, interagindo com ondas espirais na galáxia. Assim como os surfistas navegam nas ondas do mar, as estrelas podem ganhar impulso com os braços espirais e flutuar por distâncias maiores ao longo do tempo.
Além das bordas, a maioria das estrelas não se formou localmente. Em vez disso, eles migraram gradualmente para fora. Como esse processo é lento e aleatório, leva mais tempo para atingir a distância até a estrela. Isto explica por que as estrelas mais distantes da fronteira tendem a ser as mais antigas.
É importante ressaltar que essas estrelas viajam em órbitas quase circulares. Isto exclui a ideia de que foram lançadas para fora por colisões com outras galáxias. A sua presença no disco externo reflete o efeito estabilizador da dinâmica galáctica interna. O coautor e coorientador do estudo da Universidade de Lancashire, Professor Victor P. Debattista, explica: “Uma das principais características das estrelas do disco externo é que elas têm órbitas quase circulares, o que significa que deveriam ter se formado no disco.
Mapeando a Via Láctea com dados estelares
Para descobrir esta fronteira, a equipa analisou mais de 100.000 estrelas gigantes. Eles usaram dados espectroscópicos dos rastreios LAMOST e APOGEE, juntamente com medições precisas do satélite Gaia, mapeando estrelas na Via Láctea com detalhes sem precedentes.
Ao focarem-se especificamente nas estrelas que orbitam dentro do disco principal da galáxia, os investigadores foram capazes de isolar a assinatura da acreção interna-externa. Isto permitiu-lhes separá-lo de outros processos que poderiam afetar o movimento e a distribuição estelar. Um dos co-autores, Professor Laurent Ayre da Universidade de Genebra, comentou: “Gaia está a cumprir a sua promessa: ao combinar os seus dados com espectroscopia terrestre e simulações de galáxias, permite-nos decifrar a história da formação de galáxias.”
A equipe então usou simulações avançadas para confirmar sua interpretação. Estes modelos mostraram que o padrão de idade em forma de U surge naturalmente quando a formação estelar diminui acentuadamente e as estrelas mais velhas migram para fora, reforçando a ideia de que marca a verdadeira borda do disco de formação estelar.
“Na astrofísica, usamos simulações executadas em supercomputadores para identificar os processos físicos responsáveis pelas propriedades que observamos nas galáxias”, explicou o co-autor Dr. João AS Amarante da Universidade Jiao Tong de Xangai. Neste estudo, acrescentou, “permitem-nos demonstrar como a migração estelar molda o perfil de idade do disco e identificar onde termina a região de formação estelar.”
Key controla a fronteira de formação estelar das galáxias
Embora a localização da fronteira seja agora clara, a razão pela qual a formação estelar pára a esta distância permanece incerta. Uma possibilidade é a barra central da Via Láctea, cuja gravidade pode fazer com que o gás se acumule em determinados raios. Outra é a deformação externa da galáxia, onde o disco se curva e pode perturbar as condições necessárias para a formação de estrelas.
Embora a causa exacta ainda esteja a ser investigada, o estudo confirma que o padrão de idade em forma de U é um indicador fiável do limite de formação estelar da Via Láctea.
Olhando para descobertas futuras
Os próximos estudos, como o 4MOST e o WEAVE, fornecerão observações mais detalhadas, ajudando os astrónomos a refinar estas medições e a compreender melhor o que molda a formação de galáxias.
O estudo também destaca como a medição da idade das estrelas, que já foi um grande desafio, se tornou uma ferramenta poderosa para explorar a história galáctica. Ao acompanhar como as estrelas se formaram e se moveram ao longo de milhares de milhões de anos, os cientistas estão a obter uma imagem mais clara de como a Via Láctea surgiu.
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“A extensão do disco de formação estelar da Via Láctea tem sido uma questão em aberto na arqueologia galáctica. Ao mapear como as idades das estrelas variam no disco, temos agora uma resposta clara e quantitativa.” — Dr. Carl Fiteni, Universidade de Insubria
“Os dados agora disponíveis permitem que idades estelares cada vez mais precisas sirvam como ferramentas poderosas para decifrar a história da Via Láctea, inaugurando uma nova era de descobertas sobre a nossa galáxia natal.” — Professor Joseph Caruana, Universidade de Malta
“Gaia está a cumprir a sua promessa: ao combinar os seus dados com espectroscopia terrestre e simulações de galáxias, permite-nos compreender a história da formação de galáxias.” — Dr. Laurent Iyer, Universidade de Genebra
“Uma das principais coisas sobre as estrelas no disco externo é que elas têm órbitas quase circulares, o que significa que deveriam ter se formado no disco. Elas não são estrelas que foram espalhadas em grandes raios por uma galáxia satélite.” – Professor Victor P. Debatista, Universidade de Lancashire
“Na astrofísica, usamos simulações executadas em supercomputadores como uma ferramenta para identificar os processos físicos responsáveis pela criação das características que observamos nas galáxias, como a Via Láctea. No nosso estudo atual, por exemplo, estas simulações ajudaram-nos a demonstrar como a migração estelar molda o perfil de idade estelar das galáxias, permitindo-nos identificar o disco G-Galaxy.” — Dr. João AS Amarante, Universidade Jiao Tong de Xangai
