Utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), os astrónomos detetaram mais de 100 espécies moleculares no centro da galáxia estelar NGC 253 — muito mais do que anteriormente observado em galáxias para lá da Via Láctea.
Uma impressão artística do centro da galáxia estelar NGC 253. Crédito da imagem: NRAO/AUI/NSF.
No Universo, algumas galáxias formam estrelas muito mais rápido do que a nossa Via Láctea. Essas galáxias são chamadas de galáxias starburst.
Ainda é um mistério como exatamente uma formação estelar tão prolífica pode ocorrer e como ela termina.
A chance de formação de estrelas depende das propriedades da matéria-prima da qual nascem as estrelas, como o gás molecular, um material gasoso de várias moléculas.
Por exemplo, as estrelas formam-se em regiões densas dentro de nuvens moleculares onde a gravidade pode agir de forma mais eficaz.
Algum tempo após a formação ativa das estrelas, as estrelas existentes e as explosões de estrelas mortas transmitem energia ao meio circundante, o que poderia dificultar a formação estelar futura.
Esses processos físicos impactam a química da galáxia e imprimem uma assinatura na intensidade dos sinais das moléculas.
Como cada molécula emite em frequências específicas, as observações numa vasta gama de frequências permitem-nos analisar as propriedades físicas e dar-nos informações sobre o mecanismo das explosões estelares.
Como parte do Inventário Molecular Extragaláctico Abrangente de Alta Resolução ALMA (ALCHEMI), o Dr. Nanase Harada do Observatório Astronômico Nacional do Japão observou NGC 253uma galáxia estelar a 11,5 milhões de anos-luz de distância, na constelação do Escultor.
Eles foram capazes de detectar mais de cem espécies moleculares na zona molecular central da galáxia.
Esta matéria-prima química é a mais rica encontrada fora da Via Láctea e inclui moléculas que foram detectadas pela primeira vez fora da Via Láctea, como o etanol e as espécies contendo fósforo PN.
Primeiro, os astrônomos descobriram que o gás molecular de alta densidade provavelmente promoverá a formação ativa de estrelas nesta galáxia.
Cada molécula emite em múltiplas frequências, e a intensidade do sinal relativo e absoluto muda de acordo com a densidade e a temperatura.
Ao analisar numerosos sinais de algumas espécies moleculares, a quantidade de gás denso no centro da NGC 253 revelou-se mais de 10 vezes superior à do centro da Via Láctea, o que poderia explicar porque é que a NGC 253 está a formar estrelas a cerca de 30 anos. vezes mais eficientemente, mesmo com a mesma quantidade de gás molecular.
Um mecanismo que poderia ajudar na compressão de nuvens moleculares em nuvens mais densas é uma colisão entre essas nuvens.
No centro da NGC 253, é provável que ocorram colisões de nuvens onde fluxos de gás e estrelas se cruzam, gerando ondas de choque que viajam a velocidades supersónicas.
Essas ondas de choque evaporam moléculas como metanol e HNCO, congelando-se em partículas de poeira gelada.
Quando as moléculas evaporam como gás, elas se tornam observáveis por radiotelescópios como o ALMA.
Certas moléculas também rastreiam a formação estelar em curso. Sabe-se que moléculas orgânicas complexas são abundantes em torno de estrelas jovens.
Uma imagem esquemática do centro de NGC 253, descrevendo locais onde várias espécies moleculares traçadoras são aprimoradas, e espectros da pesquisa ALCHEMI. Crédito da imagem: ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/Harada e outros.
Na NGC 253, este estudo sugere que a formação estelar ativa cria um ambiente quente e denso semelhante aos observados em torno de protoestrelas individuais na Via Láctea.
A quantidade de moléculas orgânicas complexas no centro de NGC 253 é semelhante à que existe em torno das protoestrelas da galáxia.
Além das condições físicas que poderiam promover a formação de estrelas, a pesquisa também revelou o ambiente hostil deixado pelas gerações anteriores de estrelas, o que poderia retardar a formação estelar futura.
Quando estrelas massivas morrem, elas causam explosões massivas conhecidas como supernovas, que emitem partículas energéticas chamadas raios cósmicos.
A composição molecular do NGC 253 revelada a partir do aprimoramento de espécies como H3Ó+ e HOC+ que as moléculas nesta região tiveram alguns dos seus electrões arrancados pelos raios cósmicos a uma taxa pelo menos 1.000 vezes superior à próxima do Sistema Solar.
Isto sugere uma entrada considerável de energia das supernovas, o que torna difícil a condensação do gás para formar estrelas.
Finalmente, a pesquisa ALCHEMI forneceu um atlas de 44 espécies moleculares, duplicando o número disponível em estudos anteriores fora da Via Láctea.
Ao aplicar uma técnica de aprendizagem automática a este atlas, os investigadores puderam identificar quais as moléculas que conseguem traçar de forma mais eficaz a história da formação estelar mencionada acima — do início ao fim.
Conforme descrito acima com alguns exemplos, certas espécies moleculares traçam fenômenos como ondas de choque ou gás denso, que poderiam ajudar na formação de estrelas.
Regiões jovens de formação de estrelas hospedam uma química rica, incluindo moléculas orgânicas complexas.
Entretanto, a explosão estelar desenvolvida mostra um aumento do radical ciano que indica a produção de energia de estrelas massivas na forma de fotões UV, o que também pode impedir a futura formação de estrelas.
“Encontrar estes rastreadores pode ajudar a planear observações futuras utilizando a atualização da sensibilidade de banda larga esperada para esta década como parte do roteiro de desenvolvimento do ALMA 2030, com o qual as observações simultâneas de múltiplas transições moleculares se tornarão muito mais fáceis de gerir”, disseram os cientistas.
Deles papel aparece no Série de suplementos de revistas astrofísicas.
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Nanase Harada e outros. 2024. O Atlas ALCHEMI: Análise de Componentes Principais Revela Evolução Starburst em NGC 253. ApJS 271, 38; doi: 10.3847/1538-4365/ad1937
