A Grande Nuvem de Magalhães (LMC) é a galáxia satélite mais massiva da Via Láctea. Por ser tão facilmente observável, os astrónomos estudaram-no atentamente. Eles estão interessados ​​em saber como a formação estelar na GNM pode ter sido diferente da da Via Láctea.

Uma equipe de pesquisadores se concentrou nas estrelas com maior deficiência de metal da GNM para descobrir quão diferentes.

A GNM está a cerca de 163.000 anos-luz de distância e tem cerca de 32.000 anos-luz de diâmetro. Mesmo sendo tão grande, ainda tem apenas 1/100 da massa da Via Láctea. Provavelmente era uma galáxia espiral anã antes das interações gravitacionais com a Via Láctea e a Pequena Nuvem de Magalhães distorcerem sua forma. Os cientistas prevêem que provavelmente se fundirá com a Via Láctea dentro de cerca de 2,4 mil milhões de anos.

A GNM nem sempre esteve tão perto da Via Láctea. Formou-se em outro lugar do Universo, a partir de um reservatório de gás diferente da Via Láctea. As estrelas da GNM preservam as condições ambientais em que se formaram.

As primeiras estrelas a se formarem no Universo foram as estrelas mais pobres em metais. Quando se formaram, apenas o hidrogénio e o hélio do Big Bang estavam disponíveis. Essas estrelas são chamadas População 3 estrelas, e eles são em grande parte hipotéticos. Eles eram enormes e muitos deles explodiram como supernovas. Essas estrelas forjaram os elementos mais pesados, chamados metais na astronomia, e então espalhe-os no espaço para serem absorvidos pelas próximas estrelas a se formarem. Esse processo continuou geração após geração.

As estrelas da população III foram as primeiras estrelas do Universo.  Eram estrelas extremamente massivas e luminosas, e muitas explodiram como supernovas.  Crédito da imagem: DALL-E
As estrelas da população III foram as primeiras estrelas do Universo. Eram estrelas extremamente massivas e luminosas, e muitas explodiram como supernovas. Crédito da imagem: DALL-E

Ninguém nunca encontrou uma estrela de População 3 porque, mesmo que fossem mais do que hipotéticas, já teriam desaparecido há muito tempo. Mas numa nova investigação, os cientistas examinaram 10 das estrelas mais pobres em metais da GNM. Eles encontraram uma estrela da População 2 que é tão pobre em metais que é semelhante às estrelas da População 3.

A pesquisa é intitulada “Enriquecimento pelas primeiras estrelas extragalácticas na Grande Nuvem de Magalhães.” Foi publicado na revista Nature Astronomy. O autor principal é Anirudh Chiti, do Departamento de Astronomia e Astrofísica e do Instituto Kavli de Física Cosmológica, ambos da Universidade de Chicago.

“Esta estrela fornece uma janela única para o processo inicial de formação de elementos em galáxias diferentes da nossa”, disse o autor principal Chiti. “Construímos uma ideia de como se parecem estas estrelas que foram quimicamente enriquecidas pelas primeiras estrelas na Via Láctea, mas ainda não sabemos se algumas destas assinaturas são únicas ou se as coisas aconteceram de forma semelhante noutras galáxias.”

As primeiras estrelas da População 3 mudaram o Universo. Ao produzir metais, eles garantiram que as estrelas seguintes tivessem metalicidades mais altas. Mas exatamente que metais eles produziram e quanto?

“Queremos compreender quais eram as propriedades dessas primeiras estrelas e quais foram os elementos que produziram”, disse Chiti.

A parte difícil é que ninguém nunca viu uma estrela da População 3. Mas ao identificar uma estrela extremamente pobre em metais e muito semelhante às primeiras estrelas, os investigadores encontraram a segunda melhor opção. Encontrar outras nove estrelas pobres em metais também foi útil.

Eles compararam as 10 estrelas pobres em metais da GNM com as estrelas pobres em metais da Via Láctea. Os resultados mostram como diferentes processos e diferentes ambientes em ambas as galáxias afetaram a formação de estrelas e o enriquecimento de metais.

Esta ilustração mostra os halos internos e externos da Via Láctea.  Estrelas velhas e pobres em metais tendem a habitar o halo.  (Créditos da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI))
Esta ilustração mostra os halos internos e externos da Via Láctea. Estrelas velhas e pobres em metais tendem a habitar o halo. (Créditos da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI))

Estas estrelas pobres em metais são difíceis de encontrar. A maioria das estrelas do Universo resultou de sucessivas gerações de estrelas; sua metalicidade enriquecida é uma prova disso. Nosso Sol é rico em metais População 1 estrela, por exemplo.

Mas esses mais velhos e pobres em metal População 2 estrelas estão lá fora. Como os astrônomos provavelmente nunca encontrarão uma estrela antiga da População 3, as estrelas da População 2 com as metalicidades mais baixas são as segundas melhores coisas.

“Talvez menos de 1 em 100.000 estrelas na Via Láctea seja uma dessas estrelas de segunda geração”, disse Chiti. “Você realmente está pescando agulhas em palheiros.”

Mas assim que os astrónomos as encontram, as camadas exteriores destas estrelas raras contêm evidências das condições em que se formaram. “Nas suas camadas exteriores, estas estrelas preservam os elementos perto de onde se formaram”, explicou Chiti. “Se você conseguir encontrar uma estrela muito antiga e obter sua composição química, poderá entender como era a composição química do universo onde aquela estrela se formou há bilhões de anos.”

Esta figura do estudo mostra as dez estrelas da GNM (cruzes azuis) em comparação com todas as estrelas dentro de 10° da GNM. Eles são codificados por cores com a barra Fe/H à direita. A proporção Fe/H mostra a proporção entre átomos de ferro e átomos de hidrogênio e é uma medida comum da metalicidade geral. A escala à esquerda mostra as abundâncias de cálcio, hidrogênio e potássio em todo o céu, outra medida útil de metalicidade. Crédito da imagem: Chiti et al. 2024.

A descoberta de tais estrelas pobres em metais na GNM permitiu aos astrónomos comparar as condições de formação estelar naquela galáxia satélite com as da Via Láctea. A comparação pode ajudar os astrofísicos a compreender como estas condições de formação de estrelas podem ter sido diferentes.

Uma das 10 estrelas do LMC se destacou das demais. Tinha metalicidade marcadamente menor do que os outros nove. Chamado LMC 119, é 50 vezes mais deficiente em metais do que os outros. “Dada a sua metalicidade extremamente baixa, esta estrela exibe as características de uma estrela de segunda geração que preserva as impressões químicas de uma supernova de primeira estrela”, escrevem os autores.

Este número da pesquisa compara as abundâncias atômicas de LM 119 com estrelas gigantes vermelhas no halo da Via Láctea, onde estão situadas estrelas mais antigas e pobres em metais.  Como mostra a figura, LMC 119 tem uma metalicidade muito menor do que as estrelas pobres em metais da Via Láctea.  Crédito da imagem: Chiti et al.  2024.
Este número da pesquisa compara as abundâncias atômicas de LM 119 com estrelas gigantes vermelhas no halo da Via Láctea, onde estão situadas estrelas mais antigas e pobres em metais. Como mostra a figura, LMC 119 tem uma metalicidade muito menor do que as estrelas pobres em metais da Via Láctea. Crédito da imagem: Chiti et al. 2024.

Um facto chamou a atenção dos investigadores quando mapearam os elementos da LMC 119. Tinha muito menos carbono que ferro quando comparado às estrelas da Via Láctea. Na verdade, o mesmo aconteceu com todas as 10 estrelas da amostra. Isto é importante porque a GNM nem sempre foi uma galáxia satélite da Via Láctea. Essa associação remonta apenas a alguns bilhões de anos ou mais. Suas estrelas se formaram em uma região distante do alto desvio para o vermelho Universo.

“Isso foi muito intrigante e sugere que talvez o aumento de carbono da primeira geração, como vemos na Via Láctea, não fosse universal”, disse Chiti. “Teremos que fazer mais estudos, mas isso sugere que existem diferenças de lugar para lugar.”

Para Chiti e seus colegas, a conclusão é clara. “Esta, e outras diferenças de abundância, afirmam que a antiga GNM extragaláctica experimentou processos de enriquecimento divergentes em comparação com a antiga Via Láctea. A produção inicial de elementos, impulsionada pelas primeiras estrelas, parece prosseguir de uma forma dependente do ambiente”, escrevem na sua conclusão.

As Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães são visíveis no canto inferior direito desta imagem da Via Láctea vista pelo satélite Gaia da Agência Espacial Europeia. Crédito da imagem: ESA/Gaia/DPAC

Dado que Chiti e os seus colegas investigadores encontraram uma estrela de muito baixa metalicidade na Grande Nuvem de Magalhães, há provavelmente muitas mais entre a sua população suspeita de 20 mil milhões de estrelas. Chiti está liderando um programa para mapear mais estrelas no céu meridional e encontrar mais desses tipos de estrelas.

“Esta descoberta sugere que deveria haver muitas destas estrelas na Grande Nuvem de Magalhães se olharmos de perto”, disse ele. “É realmente emocionante abrir a arqueologia estelar da Grande Nuvem de Magalhães e ser capaz de mapear com tantos detalhes como as primeiras estrelas enriqueceram quimicamente o universo em diferentes regiões.”

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.