Astrônomos usando em conjunto o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA e o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA fizeram observações profundas de milhares de aglomerados jovens de estrelas em quatro galáxias próximas, estudando aglomerados em diferentes estágios de evolução. Seus resultados mostram que aglomerados estelares mais massivos emergem mais rapidamente das nuvens em que nasceram, removendo o gás e preenchendo a galáxia com luz ultravioleta. O resultado nos dá uma compreensão melhor da formação de estrelas em galáxias, bem como de como e onde planetas podem se formar.
Astrônomos já sabem há muito tempo que entender como os aglomerados estelares surgem é fundamental para desvendar outros segredos da evolução galáctica. As estrelas se formam em aglomerados, criados quando nuvens de gás colapsam sob a ação da gravidade. À medida que mais e mais estrelas nascem em uma nuvem em colapso, ventos estelares intensos, radiação ultravioleta rigorosa e as explosões de supernova de estrelas massivas acabam por dispersar a nuvem, encerrando a formação estelar antes que todo o gás seja usado. Quando a nuvem de gás em que um aglomerado estelar nasceu desaparece, sua luz também pode incidir sobre outras regiões de formação de estrelas na galáxia. Esse processo é chamado de feedback estelar, e significa que a maior parte do gás em uma galáxia nunca é usada para formação de estrelas. Pesquisar como os aglomerados estelares se desenvolvem, portanto, pode responder a perguntas sobre formação estelar em escala galáctica.
Estudos das regiões de formação estelar mais próximas, na galáxia Via Láctea e nas galáxias anãs que orbitam essa região, nos permitem dissecar aglomerados estelares nos menores detalhes, mas nossa posição no disco da nossa galáxia faz com que apenas algumas dessas regiões sejam visíveis para nós. Ao observar galáxias próximas, os astrônomos podem mapear milhares de regiões de formação estelar e caracterizar populações inteiras de aglomerados estelares em muitos estágios de evolução — um feito possibilitado pelo lançamento de telescópios espaciais, principalmente o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Ambos os tipos de investigação são necessários para entender de verdade como a formação de estrelas ocorre em galáxias.
O desenvolvimento contínuo da astronomia no infravermelho nos permitiu recuar as cortinas gasosas que ainda escondem os aglomerados estelares mais jovens e aprender sobre as etapas iniciais do desenvolvimento deles, mas alguns temas ainda intrigam os pesquisadores. Por exemplo: quando um aglomerado estelar se forma, o que determina quanto tempo leva para dispersar a nuvem natal e começar a emitir luz ultravioleta para dentro da galáxia?
Agora, o estado da arte foi aprimorado ainda mais com Hubble e Webb trabalhando juntos para fornecer uma visão de amplo espectro de milhares de aglomerados jovens de estrelas. Uma equipe internacional de astrônomos examinou imagens de quatro galáxias próximas — Messier 51, Messier 83, NGC 4449 e NGC 628 — do programa FEAST (# 1783 ), tentando resolver esse mistério. Seus resultados, publicados hoje em Nature Astronomy, mostram que são os aglomerados estelares mais massivos que removem mais rapidamente seu invólucro gasoso e começam a iluminar a galáxia mais cedo.
A equipe identificou quase 9000 aglomerados estelares nas quatro galáxias em diferentes estágios evolutivos: aglomerados jovens que estão apenas começando a emergir de suas nuvens natais de gás, aglomerados que haviam dispersado parcialmente o gás (tanto nas imagens do Webb) e aglomerados totalmente sem obstrução visíveis em luz óptica (encontrados nas imagens do Hubble). Com a capacidade do Webb de “enxergar” dentro das nuvens de gás, eles puderam então estimar a massa e a idade de cada aglomerado a partir do espectro da luz. Os aglomerados mais massivos haviam emergido completamente e dispersado as nuvens de gás após cerca de cinco milhões de anos, enquanto os aglomerados menos massivos tinham entre sete e oito milhões de anos quando emergiram de suas “incubadoras”.
Responder a essa questão em aberto sobre quais aglomerados estelares removem suas nuvens de nascimento mais rapidamente impulsiona nossa compreensão da formação de galáxias. “Simulações de formação estelar e de feedback estelar têm tido dificuldades para reproduzir como os aglomerados estelares se formam e emergem de suas nuvens natais. Esses resultados nos fornecem restrições importantes para esse processo”, explicou Angela Adamo, da Universidade de Estocolmo e do Oskar Klein Centre na Suécia, autora principal do estudo e PI do programa FEAST.
Aglomerados estelares massivos, com suas abundâncias de estrelas quentes, naturalmente emitem a maior parte da luz ultravioleta nas galáxias, mas este trabalho confirma que eles também ganham uma vantagem na produção de feedback estelar em comparação com aglomerados menos luminosos. Saber onde e quando esse feedback estelar é mais forte ao longo da vida de uma galáxia permite que os astrônomos prevejam melhor como o combustível para formação estelar é deslocado pela galáxia e, portanto, como estrelas — e aglomerados estelares — provavelmente se formam.
As nossas teorias sobre como planetas se formam também são impactadas por essa pesquisa. Quanto mais rápido o gás é removido dentro de um aglomerado estelar, mais cedo os discos protoplanetários ao redor das estrelas ficam expostos a uma radiação ultravioleta intensa vinda de outras estrelas, e menos oportunidade eles têm para atrair mais gás da nebulosa. Isso reduz as chances de eles crescerem em poeira e criarem planetas.
“Este trabalho reúne pesquisadores que simulam a formação estelar e aqueles que trabalham com observações, além de grupos que pesquisam a formação de planetas”, disse Alex Pedrini, autor principal, também da Universidade de Estocolmo e do Oskar Klein Centre na Suécia. “Usando o Webb, podemos investigar os berçários dos aglomerados estelares e conectar a formação de planetas ao ciclo de formação estelar e feedback estelar.”
Mais informações
Webb é o maior e mais poderoso telescópio já lançado ao espaço. Sob um acordo de colaboração internacional, a ESA forneceu o serviço de lançamento do telescópio, usando o veículo de lançamento Ariane 5. Em parceria com os demais, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e pela qualificação das adaptações do Ariane 5 para a missão Webb e pela contratação do serviço de lançamento pela Arianespace. A ESA também forneceu o espectrógrafo de trabalho NIRSpec e 50% do instrumento de infravermelho médio MIRI, que foi projetado e construído por um consórcio de institutos europeus financiados nacionalmente (The MIRI European Consortium) em parceria com a JPL e a University of Arizona.
Webb é uma parceria internacional entre NASA, ESA e a Canadian Space Agency (CSA).
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