Astrônomos lançam novo mapa do céu com alcance externo da Via Láctea

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Imagens da Via Láctea e da Grande Nuvem de Magalhães (LMC) são sobrepostas em um mapa do halo galáctico circundante. A estrutura menor é uma esteira criada pelo movimento do LMC por essa região. A maior feição azul-clara corresponde a uma alta densidade de estrelas observada no hemisfério norte de nossa galáxia.

Créditos: NASA / ESA / JPL-Caltech / Conroy et. al. 2021

O destaque do novo gráfico é um rastro de estrelas, agitado por uma pequena galáxia preparada para colidir com a Via Láctea. O mapa também pode oferecer um novo teste para as teorias da matéria escura.

Astrônomos usando dados dos telescópios da NASA e da ESA (Agência Espacial Européia) lançaram um novo mapa do céu da região mais externa de nossa galáxia. Conhecida como halo galáctico, esta área fica fora dos braços espirais que formam o disco central reconhecível da Via Láctea e é esparsamente povoada por estrelas. Embora o halo possa parecer quase vazio, também se prevê que contenha um reservatório maciço de matéria escura , uma substância misteriosa e invisível que se acredita constituir a maior parte de toda a massa do Universo.

Os dados para o novo mapa vêm da missão Gaia da ESA e do Explorador de pesquisa de infravermelho de campo amplo de objeto próximo à Terra da NASA, ou NEOWISE , que operou de 2009 a 2013 sob o nome de WISE. O estudo faz uso de dados coletados pela espaçonave entre 2009 e 2018.

Vídeo: https://youtu.be/bvcFHSJTJHU

Esta visualização mostra o disco central de nossa galáxia, a Via Láctea, e uma galáxia menor próxima chamada Grande Nuvem de Magalhães. Um novo mapa estelar de todo o céu mostra a localização das estrelas nos limites externos da Via Láctea (conhecido como halo galáctico), cerca de 200.000 anos-luz a 325.000 anos-luz do centro da Via Láctea.

Créditos: NASA / JPL-Caltech / NSF / R. Hurt / N. Garavito-Camargo e G. Besla

O novo mapa revela como uma pequena galáxia chamada Grande Nuvem de Magalhães (LMC) - assim chamada porque é a maior das duas galáxias anãs orbitando a Via Láctea - navegou através do halo galáctico da Via Láctea como um navio na água, sua gravidade criando um rastro nas estrelas por trás dele. O LMC está localizado a cerca de 160.000 anos-luz da Terra e tem menos de um quarto da massa da Via Láctea.

Embora as porções internas do halo tenham sido mapeadas com um alto nível de precisão, este é o primeiro mapa a fornecer uma imagem semelhante das regiões externas do halo, onde a esteira é encontrada - cerca de 200.000 anos-luz a 325.000 anos-luz de o centro galáctico. Estudos anteriores sugeriram a existência do velório, mas o mapa do céu confirma sua presença e oferece uma visão detalhada de sua forma, tamanho e localização.

Essa perturbação no halo também fornece aos astrônomos a oportunidade de estudar algo que eles não podem observar diretamente: a matéria escura. Embora não emita, reflita ou absorva luz, a influência gravitacional da matéria escura foi observada em todo o Universo. Acredita-se que ele crie um andaime sobre o qual as galáxias são construídas, de modo que, sem ele, as galáxias se separariam enquanto giram. Estima-se que a matéria escura seja cinco vezes mais comum no universo do que toda a matéria que emite e / ou interage com a luz, de estrelas a planetas e nuvens de gás.

Embora existam várias teorias sobre a natureza da matéria escura, todas elas indicam que ela deveria estar presente no halo da Via Láctea. Se for esse o caso, à medida que o LMC navega por essa região, ele também deve deixar um rastro na matéria escura. A esteira observada no novo mapa estelar é considerada o contorno desta esteira de matéria escura; as estrelas são como folhas na superfície deste oceano invisível, sua posição mudando com a matéria escura.

A interação entre a matéria escura e a Grande Nuvem de Magalhães tem grandes implicações para nossa galáxia. Enquanto o LMC orbita a Via Láctea, a gravidade da matéria escura se arrasta sobre o LMC e o retarda. Isso fará com que a órbita da galáxia anã fique cada vez menor, até que a galáxia finalmente colida com a Via Láctea em cerca de 2 bilhões de anos. Esses tipos de fusões podem ser os principais impulsionadores do crescimento de galáxias massivas em todo o Universo. Na verdade, os astrônomos acham que a Via Láctea se fundiu com outra pequena galáxia há cerca de 10 bilhões de anos.

"Este roubo da energia de uma galáxia menor não é apenas o motivo pelo qual o LMC está se fundindo com a Via Láctea, mas também por que todas as fusões de galáxias acontecem", disse Rohan Naidu, um estudante de doutorado em astronomia na Universidade de Harvard e coautor do novo papel. “O rastro em nosso mapa é uma confirmação realmente legal de que nossa imagem básica de como as galáxias se fundem está correta!”

Uma oportunidade rara

Os autores do artigo também acham que o novo mapa - junto com dados adicionais e análises teóricas - pode fornecer um teste para diferentes teorias sobre a natureza da matéria escura, como se ela consiste em partículas, como a matéria regular, e quais são as propriedades de essas partículas são.

“Você pode imaginar que o rastro de um barco será diferente se o barco estiver navegando pela água ou pelo mel”, disse Charlie Conroy, professor da Universidade de Harvard e astrônomo do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, co-autor do estudo. “Neste caso, as propriedades da esteira são determinadas pela teoria da matéria escura que aplicamos”.

Conroy liderou a equipe que mapeou as posições de mais de 1.300 estrelas no halo. O desafio surgiu ao tentar medir a distância exata da Terra a uma grande parte dessas estrelas: muitas vezes é impossível descobrir se uma estrela está fraca e próxima ou brilhante e distante. A equipa utilizou dados da missão Gaia da ESA, que fornece a localização de muitas estrelas no céu, mas não consegue medir distâncias às estrelas nas regiões exteriores da Via Láctea.

Depois de identificar estrelas provavelmente localizadas no halo (porque elas não estavam obviamente dentro de nossa galáxia ou do LMC), a equipe procurou por estrelas pertencentes a uma classe de estrelas gigantes com uma “assinatura” de luz específica detectável pelo NEOWISE . Conhecer as propriedades básicas das estrelas selecionadas permitiu à equipe descobrir sua distância da Terra e criar o novo mapa. Ele mapeia uma região começando a cerca de 200.000 anos-luz do centro da Via Láctea, ou onde a esteira do LMC estava prevista para começar, e se estende por cerca de 125.000 anos-luz além disso.

Conroy e seus colegas foram inspirados a caçar o rastro de LMC depois de aprender sobre uma equipe de astrofísicos da Universidade do Arizona em Tucson que faz modelos de computador predizendo como a matéria escura no halo galáctico deve se parecer. Os dois grupos trabalharam juntos no novo estudo.

Um modelo da equipe do Arizona, incluído no novo estudo, previu a estrutura geral e a localização específica da esteira estelar revelada no novo mapa. Assim que os dados confirmaram que o modelo estava correto, a equipe pôde confirmar o que outras investigações também sugeriram: que o LMC está provavelmente em sua primeira órbita ao redor da Via Láctea. Se a galáxia menor já tivesse feito órbitas múltiplas, a forma e a localização da esteira seriam significativamente diferentes do que foi observado. Os astrônomos acham que o LMC se formou no mesmo ambiente que a Via Láctea e outra galáxia próxima, M31, e que está perto de completar uma longa primeira órbita em torno de nossa galáxia (cerca de 13 bilhões de anos). Sua próxima órbita será muito mais curta devido à sua interação com a Via Láctea. 

“Confirmar nossa previsão teórica com dados observacionais nos diz que nosso entendimento da interação entre essas duas galáxias, incluindo a matéria escura, está no caminho certo”, disse o aluno de doutorado em astronomia da Universidade do Arizona, Nicolás Garavito-Camargo, que liderou os trabalhos sobre o modelo usado no jornal.

O novo mapa também oferece aos astrônomos uma rara oportunidade de testar as propriedades da matéria escura (a água nocional ou mel) em nossa própria galáxia. No novo estudo, Garavito-Camargo e colegas usaram uma teoria popular da matéria escura chamada matéria escura fria que se ajusta ao mapa estelar observado relativamente bem. Agora, a equipe da Universidade do Arizona está executando simulações que usam diferentes teorias da matéria escura para ver qual delas corresponde ao rastro observado nas estrelas. 

“É um conjunto realmente especial de circunstâncias que se juntaram para criar este cenário que nos permite testar nossas teorias de matéria escura”, disse Gurtina Besla, co-autora do estudo e professora associada da Universidade do Arizona. “Mas só podemos realizar esse teste com a combinação deste novo mapa e as simulações de matéria escura que construímos”.

Lançada em 2009, a espaçonave WISE foi colocada em hibernação em 2011 após completar sua missão principal. Em setembro de 2013, a NASA reativou a espaçonave com o objetivo principal de escanear objetos próximos à Terra, ou NEOs, e a missão e a espaçonave foram renomeadas para NEOWISE. O Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia administrou e operou o WISE para o Science Mission Directorate da NASA. A missão foi selecionada de forma competitiva pelo Programa de Exploradores da NASA, administrado pelo Goddard Space Flight Center da agência em Greenbelt, Maryland. NEOWISE é um projeto do JPL, uma divisão da Caltech, e da Universidade do Arizona, apoiado pelo Escritório de Coordenação de Defesa Planetária da NASA.

Calla Cofield

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Califórnia

calla.e.cofield@jpl.nasa.gov

Fonte: NASA /  Editor: Tony Greicius  /22-04-2021     

https://www.nasa.gov/feature/jpl/astronomers-release-new-all-sky-map-of-milky-way-s-outer-reaches/

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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