Cartografia química revela os braços espirais da Via Láctea

Keith Hawkins, professor assistente de astronomia na Universidade do Texas em Austin, EUA, utilizou a cartografia química – também conhecida como mapeamento químico – para identificar regiões dos braços espirais da Via Láctea que não tinham sido detetadas anteriormente. A sua investigação, publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, demonstra o valor desta técnica pioneira na compreensão da forma, estrutura e evolução da nossa Galáxia.

Os mapas químicos da Galáxia mostram como os elementos da tabela periódica estão distribuídos pela Via Láctea. Permitem aos astrónomos identificar a localização de objetos celestes com base na sua composição química e não na luz que emitem. Embora a ideia da cartografia química já exista há algum tempo, só recentemente os astrónomos conseguiram obter resultados significativos com esta técnica. Isso deve-se ao facto de entrarem em funcionamento telescópios cada vez potentes.

“Tal como os primeiros exploradores, que criaram mapas cada vez melhores do nosso mundo, estamos agora a criar mapas cada vez melhores da Via Láctea”, diz Hawkes. “Esses mapas estão a revelar coisas que pensávamos serem verdadeiras, mas que ainda precisamos de verificar”.

Desde a década de 1950 que sabemos que a Via Láctea é uma galáxia espiral. No entanto, a sua forma exata, a sua estrutura e até o número dos seus braços têm sido objeto de investigação permanente. Isso deve-se ao facto de vivermos dentro da nossa Galáxia natal e não podermos viajar o suficiente para a ver de uma perspetiva exterior. “É como estar numa grande cidade”, explica Hawkins. “Podemos olhar em volta para os edifícios e ver em que rua estamos, mas é difícil saber como é a cidade inteira, a não ser que estejamos num avião a sobrevoá-la.”

A nossa visão limitada da Via Láctea não impediu os astrónomos de criarem modelos bem informados da mesma, nem os artistas de fazerem belas ilustrações. “Mas”, diz Hawkins, “eu queria descobrir até que ponto esses modelos e ilustrações são de facto precisos. E ver se a cartografia química poderia revelar uma visão mais clara dos braços espirais da Via Láctea.”

Mapeando a Via Láctea

Uma forma tradicional de mapear a Via Láctea é identificar concentrações de estrelas jovens. À medida que a Via Láctea gira, a poeira e o gás nos seus braços espirais comprimem-se, provocando o nascimento de novas estrelas. Assim, onde existe uma abundância de estrelas jovens, prevê-se que exista também um braço.

Os astrónomos podem localizar estrelas jovens detetando a luz que emitem. Mas, por vezes, nuvens de poeira podem obscurecer as estrelas, tornando difícil a observação da sua luz, mesmo pelos melhores telescópios. Como resultado, algumas regiões dos braços da Via Láctea ainda não foram descobertas.

A cartografia química ajuda os astrónomos a preencher as partes em falta.

Para tal, baseia-se num conceito astronómico chamado “metalicidade”. A metalicidade refere-se ao rácio entre os metais e o hidrogénio presentes à superfície de uma estrela. Na astronomia, qualquer elemento da tabela periódica que não seja hidrogénio ou hélio é chamado “metal”. As estrelas jovens possuem mais metais do que as estrelas mais velhas e por isso têm uma metalicidade mais elevada. Isto deve-se ao facto de se terem formado mais tarde na história do nosso Universo, quando existiam mais metais.

Após o Big Bang, os únicos elementos existentes eram o hidrogénio, o hélio e escassos vestígios de alguns metais. Nos seus núcleos, a primeira geração de estrelas fundiu o hidrogénio e o hélio em metais cada vez mais complexos (ou seja, elementos cada vez mais pesados da tabela periódica), até que finalmente morreram ou explodiram. Mas do caos nasce a vida. Estas explosões ejetaram metais para os seus arredores, onde foram usados como blocos de construção para a geração seguinte de estrelas.

À medida que o ciclo de nascimento e destruição estelar se repete, cada geração subsequente de estrelas é enriquecida com metais mais complexos do que a anterior, conferindo-lhe uma metalicidade cada vez mais elevada. Em teoria, os braços espirais da Via Láctea, que contêm uma abundância de estrelas jovens, deveriam ter uma metalicidade mais elevada do que as regiões entre eles.

Comparação de mapas

Para criar o seu mapa, Hawkins identificou a distribuição da metalicidade na Via Láctea. Concentrou-se na área à volta do nosso Sol para a qual existem dados – uma visão de até 32.600 anos-luz. Esperava-se que as áreas com abundância de objetos ricos em metais se alinhassem com os braços em espiral e que as áreas com escassez de objetos ricos em metais se alinhassem com os espaços entre os braços.

Quando comparou o seu mapa com outros da mesma zona da Via Láctea, os braços espirais alinharam-se uns com os outros. Para além disso, como o mapa de Hawkins identifica os braços espirais com base na metalicidade e não na luz emitida por estrelas jovens, apareceram novas regiões que até então não tinham sido cartografadas.

“Uma grande conclusão”, diz Hawkins, “é que os braços espirais são de facto mais ricos em metais. Isto ilustra o valor da cartografia química na identificação da estrutura e formação da Via Láctea. Tem o potencial de transformar completamente a nossa visão da Galáxia”.

O Gaia revoluciona o estudo da nossa Galáxia

À medida que os nossos telescópios se tornam mais poderosos, o mesmo acontece com a promessa da cartografia química.

Para a sua investigação, Hawkins analisou dados do LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope) e do telescópio espacial Gaia. Os novos dados do Gaia (DR3) foram particularmente interessantes. Isto porque o Gaia fornece o estudo mais preciso e abrangente da Via Láctea até à data, incluindo a sua composição química.

Desde o seu lançamento em 2013, o Gaia monitorizou cerca de dois mil milhões de objetos. Os astrónomos podem agora expandir a sua investigação de milhares de objetos para milhares de milhões e para uma área muito maior da Galáxia.

“O enorme volume de dados disponíveis do Gaia permite-nos agora fazer cartografia química à escala galáctica”, diz Hawkins. “Os dados sobre as posições de milhares de milhões de estrelas e sobre a sua composição química não estavam disponíveis até há pouco tempo.”

Até agora, o Gaia forneceu dados químicos para a maior área da Via Láctea até à data. No entanto, isto representa apenas cerca de um por cento da Galáxia. À medida que o Gaia continua a sondar os céus e à medida que novos telescópios vão ficando disponíveis, os astrónomos podem utilizar cada vez mais a cartografia química para compreender as propriedades fundamentais da nossa Galáxia. Estas lições podem, por sua vez, ser aplicadas a outras galáxias e ao Universo como um todo. Como explica Hawkins, “é uma era completamente nova”.

// Universidade do Texas em Austin (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

Via Láctea:
Wikipedia
SEDS

Metalicidade:
Wikipedia

Gaia:
ESA
ESA – 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia

LAMOST:
Página principal
Wikipedia