Pesquisadores confirmaram uma nova classe de objetos dentro da nossa galáxia, a Via Láctea: sobreviventes chamados de “bulge fossil fragments” (fragmentos fósseis do bojo). Terzan 5 é o protótipo desses remanescentes da formação inicial da nossa galáxia. Usando o telescópio espacial James Webb da NASA/ESA/CSA e os telescópios espaciais Hubble da NASA/ESA, os pesquisadores mostraram que Terzan 5 não é um aglomerado globular de estrelas, como havia sido classificado no passado. Em vez disso, trata-se de algo muito mais estranho e raro.
O aglomerado contém quatro gerações separadas de estrelas, confirmando-o como o protótipo de um “bulge fossil fragment”.
Bilhões de anos atrás, aglomerados primordiais semelhantes se espalharam e se fundiram para formar o bojo da Via Láctea, mas Terzan 5 permaneceu intacto até os dias atuais.
O novo estudo, que combinou observações recentes do Webb com dados obtidos pelo Hubble ao longo de mais de 12 anos, mostrou que Terzan 5 passou por até quatro episódios distintos de formação estelar, confirmando que ele não é um verdadeiro aglomerado globular.
Um aglomerado globular de estrelas normalmente tem apenas uma população antiga de estrelas. 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 bojo lotado da Via Láctea, a região central e esférica de estrelas mais antigas 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 bojo bilhões de anos atrás. É como um “caroço” em uma massa de bolo, em geral bem misturada.
“As novas observações em 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 estudante de doutorado 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, e foram publicados em Astronomy & Astrophysics.
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, esse sistema foi descoberto por abrigar duas populações distintas de estrelas. Em 2016, o Hubble forneceu a primeira estimativa de suas idades, mostrando que uma se formou aproximadamente 12 bilhões de anos atrás (enquanto a Via Láctea estava se montando) e a outra cerca de 5 bilhões de anos atrás, pouco antes de a Terra começar a se formar. Isso apontou para 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 nesse ponto 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 — inclusive 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 as estrelas dentro de Terzan 5 quanto estrelas de primeiro plano não relacionadas. Para isolar as estrelas de Terzan 5, a equipe contou com o poder e a longevidade do Hubble. A separação de 12 anos entre as observações do Hubble 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 bojo 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 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 podiam descartar a possibilidade de que Terzan 5 tivesse interagido com outro objeto, como um aglomerado globular ou uma grande nuvem molecular, ficando enriquecido com gás e poeira novos 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 supernovae,” disse R. Michael Rich, coautor e astrônomo pesquisador na 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, os quais foram incorporados por 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.
‘Bulge fossil fragment’
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 totalmente” com o bojo da Via Láctea. “Por algum motivo, esse aglomerado peculiar de estrelas se formou separadamente do bojo e não foi destruído enquanto o bojo 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 bulge fossil fragment porque se parece com os aglomerados primordiais que contribuíram para a formação do bojo.”
Até hoje, há apenas outro objeto cósmico conhecido como Terzan 5. Liller 1 foi o segundo a ser reclassificado de um aglomerado globular de estrelas para um bulge fossil fragment. Ele também contém múltiplas gerações de estrelas. Pode haver mais objetos assim. Entre 40 e 50 aglomerados globulares adicionais que orbitam dentro do bojo 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 bulge fossil fragments.
Possíveis paralelos para a formação de galáxias, perto e longe
Em última análise, esta pesquisa pode melhorar o que se sabe sobre como os bojos centrais das galáxias se formam ao longo de centenas de milhões de anos. “Com base em observações e simulações detalhadas, pensamos que 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 muitos se fundiram para formar seus bojos,” disse Barbara Lanzoni, coautora e professora associada na Universidade de Bolonha. Por exemplo, o Webb encontrou vários exemplos de galáxias “clumpy” (com estrutura em aglomerados) que estavam formando estrelas ativamente 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 ajude a explicar como os bojos se formaram em galáxias por todo o Universo,” disse Barbara.
Mais informações
O 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 outros grupos, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e 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.
O Webb é uma parceria internacional entre a NASA, a ESA e a Canadian Space Agency (CSA).