Pesquisadores usando dois dos mais poderosos observatórios da humanidade — os telescópios espaciais James Webb e Hubble, da NASA — demonstraram de forma definitiva que Terzan 5 não é um aglomerado estelar globular, como já foi classificado, oferecendo novas percepções sobre como galáxias como a nossa se formam e evoluem ao longo do tempo. Um aglomerado estelar globular normalmente abriga apenas uma população de estrelas antigas. Novos dados não apenas confirmam a existência de duas populações distintas de estrelas em Terzan 5, como também fornecem evidências de mais duas rodadas recentes de formação estelar. Embora esteja localizado no bulbo lotado da nossa Via Láctea, a região central esférica de estrelas mais velhas da nossa galáxia, Terzan 5 foi massivo o suficiente para manter sua identidade separada enquanto sistemas de menor massa se espalharam e se misturaram para formar o bulbo bilhões de anos atrás. É como um “caroço” em uma massa de bolo, em geral bem misturada.
“As novas observações no infravermelho próximo do Webb, cruzadas com observações arquivadas do Hubble, nos deram uma visão muito mais clara da história de Terzan 5”, disse Giorgia Zullo, que liderou a pesquisa e é doutoranda na Universidade de Bolonha, na Itália.
Esses resultados foram apresentados em uma coletiva de imprensa na terça-feira, na 248ª reunião da American Astronomical Society, em Pasadena, e foram publicados em Astronomy & Astrophysics.
Imagem: Bulge Fossil Fragment Terzan 5 (Imagem Webb e Hubble)
Novas observações do Webb combinadas com múltiplas observações do Hubble provam que Terzan 5 é um sistema estelar auto-contido e autoenriquecedor, que contém até quatro populações distintas de estrelas. Ele orbita dentro do bulbo central da nossa galáxia, a Via Láctea.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Giorgia Zullo (Universidade de Bolonha), Francesco Ferraro (Universidade de Bolonha); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
Quatro gerações de estrelas
Descoberto em 1968 pelo astrônomo Azop Terzan, Terzan 5 se parece com um aglomerado globular em muitos aspectos. No entanto, em 2009, descobriu-se que esse sistema abriga duas populações distintas de estrelas. Em 2016, o Hubble forneceu a primeira estimativa de suas idades, mostrando que uma delas se formou aproximadamente 12 bilhões de anos atrás — enquanto a própria Via Láctea estava sendo montada — e a outra cerca de 5 bilhões de anos atrás, pouco antes de a Terra começar a se formar. Isso indicou uma história mais complexa do que a de um aglomerado globular típico.
Estudar Terzan 5 é complicado por sua localização em uma região da nossa galáxia repleta de estrelas e fortemente obscurecida por poeira. Foi aí que o Webb entrou em cena. Sua visão no infravermelho permitiu que a equipe de pesquisa enxergasse através da poeira e catalogasse muitas mais estrelas, além de estrelas mais fracas, do que trabalhos anteriores. Ao medir as cores e o brilho das estrelas, os astrônomos conseguem classificá-las em populações de diferentes idades e composições químicas.
O Webb conseguiu medir essas propriedades-chave para cada estrela dentro do campo de visão no céu — tanto estrelas dentro de Terzan 5 quanto estrelas não relacionadas na linha de frente. Para isolar as estrelas de Terzan 5, a equipe se baseou no poder e na longevidade do Hubble. A separação de 12 anos permitiu que a equipe medisse movimentos muito pequenos de estrelas individuais, conhecidos como proper motions , para determinar quais estrelas pertencem a Terzan 5 e quais fazem parte do bulbo da Via Láctea.
Ao combinar dados do Webb e do Hubble, os pesquisadores encontraram evidências fortes para duas populações estelares adicionais: uma que se formou há 3,8 bilhões de anos e outra apenas 2,5 bilhões de anos atrás. Eles também conseguiram determinar as idades das populações estelares previamente conhecidas com uma precisão sem precedentes, encontrando que se formaram há 12,5 bilhões e 4,7 bilhões de anos.
Com as duas gerações de estrelas previamente conhecidas, os astrônomos não conseguiam descartar a possibilidade de que Terzan 5 tivesse interagido com outro objeto, como um aglomerado globular ou uma grande nuvem molecular, sendo enriquecido com gás e poeira que desencadearam uma segunda rodada de formação estelar. Com quatro gerações estelares, essas explicações são descartadas.
Medições da composição estelar das populações de Terzan 5 feitas no W. M. Keck Observatory e no Very Large Telescope da European Southern Observatory também apontam para populações bem distintas. “Junto com as idades dessas populações, o aglomerado preserva um registro fóssil de enriquecimento progressivo de elementos pesados por supernovas”, disse o coautor R. Michael Rich, astrônomo de pesquisa da University of California, Los Angeles.
Terzan 5 formou múltiplas gerações de estrelas porque foi capaz de reter os materiais brutos necessários. Há evidências de explosões poderosas de supernova em Terzan 5, que forjaram elementos mais pesados, varridos pelas gerações subsequentes de estrelas. Em sistemas de menor massa, a força das próprias explosões poderia ter ejetado os elementos resultantes, além de varrer o gás e a poeira remanescentes. O progenitor de Terzan 5 tinha massa suficiente para reter as ejeções dessas estrelas, permitindo que novas gerações de estrelas se formassem ao longo de bilhões de anos.
‘Fragmento fóssil do bulbo’
Os resultados mostram que Terzan 5 é, mais provavelmente, o remanescente de um sistema estelar muito mais massivo que inicialmente se formou há 12,5 bilhões de anos. Terzan 5 é extraordinário porque sobreviveu — e nunca se fundiu ou se “misturou” completamente ao bulbo da Via Láctea. “Por algum motivo, esse aglomerado peculiar de estrelas se formou separadamente do bulbo e não foi destruído enquanto o bulbo em si se formava”, disse Francesco R. Ferraro, professor na Universidade de Bolonha e investigador principal das observações do Webb. “Terzan 5 é o que agora chamamos de fragmento fóssil do bulbo porque se parece com os aglomerados primordiais que contribuíram para a formação do bulbo.”
Até hoje, há apenas outro objeto cósmico conhecido como Terzan 5. Liller 1 foi o segundo a ser reclassificado de aglomerado estelar globular para fragmento fóssil do bulbo. Ele também contém múltiplas gerações de estrelas. Pode haver mais objetos como esse. Entre 40 e 50 aglomerados globulares adicionais que orbitam dentro do bulbo serão examinados pela equipe de Ferraro para determinar se as populações estelares são todas iguais, como em aglomerados globulares, ou se têm várias gerações, como em fragmentos fósseis do bulbo.
Vídeo: Aproxime para ver Terzan 5 perto do bulbo da nossa galáxia Via Láctea
Para assistir a este vídeo, ative o JavaScript e considere atualizar para um navegador da web que
suporte vídeo em HTML5
Aproxime para ver Terzan 5, um aglomerado estelar que fica na região central e movimentada da nossa galáxia Via Láctea conhecida como bulbo. A cena começa com uma imagem do bulbo da Via Láctea feita a partir do solo e dá zoom até Terzan 5, contornando-o, terminando com a imagem composta do sistema de estrelas dos telescópios espaciais James Webb e Hubble.
Vídeo: NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI); Reconhecimento: ESO, Pan-STARRS, DSS2, Akira Fujii
Possíveis paralelos para a formação de galáxias, perto e longe
No fim, essa pesquisa pode melhorar o que sabemos sobre como os bulbos centrais das galáxias se formam ao longo de centenas de milhões de anos. “Com base em observações e simulações detalhadas, pensamos que as galáxias no início do universo tinham enormes discos de gás que se fragmentaram em aglomerados e formaram estrelas. Esses aglomerados migraram para o centro das galáxias e muitas fusões ocorreram para formar seus bulbos”, disse Barbara Lanzoni, coautora e professora associada na Universidade de Bolonha. Por exemplo, o Webb encontrou vários exemplos de galáxias “clumpy” que estavam formando ativamente estrelas quando o universo tinha apenas alguns centenas de milhões de anos, como os aglomerados na Firefly Sparkle galaxy . “Terzan 5 pode fornecer evidência direta que ajuda a explicar como os bulbos se formaram em galáxias ao longo do universo”, disse Lanzoni.
O James Webb Space Telescope é o principal observatório de ciência espacial
