Antigos aglomerados de estrelas expostos: novos insights 3D transformam nossa compreensão

Uma nova pesquisa oferece insights inovadores sobre a formação e a evolução dinâmica de aglomerados globulares, mostrando múltiplos eventos de formação e movimentos distintos dentro dessas antigas populações de estrelas que informam nossa compreensão dos primeiros dias do universo.

Galeria de imagens dos 16 aglomerados globulares analisados ​​em ordem de diferença nas propriedades cinemáticas observadas entre as múltiplas populações estelares. Crédito: ESA/Hubble – ESO – SDSS 

Um estudo publicado hoje (5 de novembro) na Astronomy & Astrophysics marca um grande avanço em nossa compreensão de como múltiplas populações de estrelas se formam e evoluem dentro de aglomerados globulares — grupos esféricos e densamente compactados de estrelas contendo 1–2 milhões de estrelas cada.

Conduzido por pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), da Universidade de Bolonha e da Universidade de Indiana, este estudo pioneiro é o primeiro a analisar a cinemática 3D de múltiplas populações estelares em 16 aglomerados globulares em nossa Galáxia. A pesquisa oferece uma visão detalhada e observacional de como as estrelas se movem dentro desses aglomerados e revela insights sobre sua evolução de longo prazo desde a formação até os dias atuais.

Insights de um estudo abrangente

Emanuele Dalessandro, pesquisador do INAF em Bolonha, autor principal do artigo e coordenador do grupo de trabalho, explica: “Entender os processos físicos por trás da formação e evolução inicial dos aglomerados globulares é uma das questões astrofísicas mais fascinantes e debatidas dos últimos 20–25 anos. Os resultados do nosso estudo fornecem a primeira evidência sólida de que os aglomerados globulares se formaram por meio de múltiplos eventos de formação de estrelas e colocam restrições fundamentais no caminho dinâmico seguido pelos aglomerados ao longo de sua evolução. Esses resultados foram possíveis por uma abordagem multidiagnóstica e pela combinação de observações de última geração e simulações dinâmicas.”

Diferenças cinemáticas e formação de clusters

O estudo destaca que as diferenças cinemáticas entre múltiplas populações são essenciais para entender os mecanismos de formação e evolução dessas estruturas antigas.

Com idades que podem chegar a 12-13 bilhões de anos (datando assim do alvorecer do cosmos), os aglomerados globulares estão entre os primeiros sistemas a se formar no Universo. Eles representam uma população típica de todas as galáxias. Eles são sistemas compactos (com massas de várias centenas de milhares de massas solares e tamanhos de alguns parsecs), e podem ser observados até mesmo em galáxias distantes.

“Sua significância astrofísica é enorme”, diz Dalessandro, “porque eles não apenas nos ajudam a testar modelos cosmológicos da formação do Universo devido à sua idade, mas também fornecem laboratórios naturais para estudar a formação, evolução e enriquecimento químico de galáxias”. Apesar de os aglomerados globulares terem sido estudados por mais de um século, resultados observacionais recentes mostram que nosso conhecimento ainda é amplamente incompleto.

Avanços observacionais e populações estelares

“Resultados obtidos nas últimas duas décadas mostraram inesperadamente que os aglomerados globulares consistem em mais de uma população estelar: uma primordial, com propriedades químicas semelhantes às de outras estrelas da Galáxia, e outra com abundâncias químicas anômalas de elementos leves como hélio, oxigênio, sódio e nitrogênio”, diz Mario Cadelano, pesquisador do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Bolonha e associado do INAF, um dos autores do estudo. “Apesar do grande número de observações e modelos teóricos voltados para a caracterização dessas populações, os mecanismos que regulam sua formação ainda não são compreendidos.”

Análise Cinemática 3D Inovadora

O estudo é baseado na medição de velocidades 3D, ou seja, a combinação de movimentos próprios e velocidades radiais, obtidas com o telescópio Gaia da ESA e com dados de, entre outros, o telescópio VLT do ESO , principalmente como parte do levantamento MIKiS (Multi Instrument Kinematic Survey), um levantamento espectroscópico especificamente voltado para a exploração da cinemática interna de aglomerados globulares.

O uso desses telescópios, do espaço e do solo, forneceu uma visão 3D sem precedentes da distribuição de velocidade de estrelas nos aglomerados globulares selecionados.

A análise revela que estrelas com diferentes abundâncias de elementos leves são caracterizadas por diferentes propriedades cinemáticas, como velocidades rotacionais e distribuições orbitais.

“Neste trabalho, analisamos em detalhes o movimento de milhares de estrelas dentro de cada aglomerado”, acrescenta Alessandro Della Croce, um aluno de doutorado no INAF em Bolonha. “Rapidamente ficou claro que estrelas pertencentes a diferentes populações têm propriedades cinemáticas distintas: estrelas com composição química anômala tendem a girar mais rápido do que as outras dentro do aglomerado e se espalham progressivamente das regiões centrais para as externas.”

Implicações para a dinâmica e evolução estelar

A intensidade dessas diferenças cinemáticas depende da idade dinâmica dos aglomerados globulares. “Esses resultados são consistentes com a evolução dinâmica de longo prazo dos sistemas estelares, nos quais estrelas com abundâncias químicas anômalas se formam mais centralmente concentradas e giram mais rapidamente do que as padrão.

Isso, por sua vez, sugere que os aglomerados globulares se formaram por meio de múltiplos episódios de formação de estrelas e fornece uma informação importante na definição dos processos físicos e escalas de tempo subjacentes à formação e evolução de aglomerados estelares massivos”, enfatiza Dalessandro.

Esta nova visão 3D do movimento das estrelas dentro de aglomerados globulares fornece uma estrutura fascinante e sem precedentes para a formação e evolução dinâmica desses sistemas intrigantes. Também ajuda a esclarecer alguns dos mistérios mais complexos que cercam a origem dessas estruturas antigas.

Fonte: scitechdaily.com