As observações de uma equipe internacional de astrônomos com o espectrômetro UVES no Very Large Telescope do ESO no Observatório Paranal (Chile) lançaram uma nova luz sobre a época mais antiga da Via Láctea.
A primeira medição do conteúdo de berílio em duas estrelas em um aglomerado globular (NGC 6397) - levando a atual tecnologia astronômica ao limite - tornou possível o estudo da fase inicial entre a formação da primeira geração de estrelas na Via Láctea. Way e o deste aglomerado estelar. Esse intervalo de tempo foi de 200 a 300 milhões de anos.
A idade das estrelas na NGC 6397, conforme determinada por modelos de evolução estelar, é 13.400? 800 milhões de anos. Somando os dois intervalos de tempo, a idade da Via Láctea é 13.600? 800 milhões de anos.
Atualmente, a melhor estimativa da idade do Universo, deduzida, por exemplo, de medições do Fundo Cósmico de Microondas, é de 13.700 milhões de anos. As novas observações indicam, assim, que a primeira geração de estrelas da Via Láctea se formou logo após o final da "Idade das Trevas", com cerca de 200 milhões de anos de duração, que sucedeu ao Big Bang.
A era da Via Láctea
Quantos anos tem a Via Láctea? Quando as primeiras estrelas da nossa galáxia se acenderam?
Uma compreensão adequada da formação e evolução do sistema da Via Láctea é crucial para o nosso conhecimento do Universo. No entanto, as observações relacionadas estão entre as mais difíceis, mesmo com os telescópios mais poderosos disponíveis, pois envolvem um estudo detalhado de objetos celestes antigos, remotos e quase sempre fracos.
Aglomerados globulares e a idade das estrelas
A moderna física astro é capaz de medir a idade de certas estrelas, que é o tempo decorrido desde que foram formadas pela condensação em enormes nuvens interestelares de gás e poeira. Algumas estrelas são muito "jovens" em termos astronômicos, com apenas alguns milhões de anos, como as da nebulosa Orion nas proximidades. O Sol e seu sistema planetário foram formados cerca de 4.560 milhões de anos atrás, mas muitas outras estrelas se formaram muito antes. Algumas das estrelas mais antigas da Via Láctea são encontradas em grandes aglomerados estelares, em particular em “aglomerados globulares” (foto PR 23a / 04), assim chamados por causa de sua forma esferoidal.
Estrelas pertencentes a um aglomerado globular nasceram juntas, da mesma nuvem e ao mesmo tempo. Como estrelas de diferentes massas evoluem a taxas diferentes, é possível medir a idade dos aglomerados globulares com uma precisão razoavelmente boa. Os mais antigos têm mais de 13.000 milhões de anos.
Ainda assim, essas estrelas aglomeradas não foram as primeiras a serem formadas na Via Láctea. Sabemos disso, porque eles contêm pequenas quantidades de certos elementos químicos que devem ter sido sintetizados em uma geração anterior de estrelas massivas que explodiram como supernovas após uma vida curta e energética. O material processado foi depositado nas nuvens das quais as próximas gerações de estrelas foram feitas, cf. ESO PR 03/01.
Apesar de pesquisas intensas, até agora não foi possível encontrar estrelas menos massivas desta primeira geração que ainda possam brilhar hoje. Portanto, não sabemos quando essas primeiras estrelas foram formadas. Por enquanto, só podemos dizer que a Via Láctea deve ser mais antiga que as estrelas globulares mais antigas.
Mas quanto mais velho?
Berílio para o resgate
O que os astrofísicos gostariam de ter é, portanto, um método para medir o intervalo de tempo entre a formação das primeiras estrelas na Via Láctea (da qual muitas rapidamente se tornaram supernovas) e o momento em que as estrelas em um aglomerado globular da era conhecida foram formadas. A soma desse intervalo de tempo e a idade dessas estrelas seria então a idade da Via Láctea.
Novas observações com o VLT no Observatório Paranal do ESO agora produziram um avanço nessa direção. O elemento mágico é "berílio"!
O berílio é um dos elementos mais leves [2] - o núcleo do isótopo mais comum e estável (Berílio-9) consiste em quatro prótons e cinco nêutrons. Somente hidrogênio, hélio e lítio são mais leves. Mas enquanto esses três foram produzidos durante o Big Bang, e enquanto a maioria dos elementos mais pesados foi produzida posteriormente no interior das estrelas, o berílio-9 só pode ser produzido por "fragmentação cósmica". Ou seja, pela fragmentação de núcleos pesados em movimento rápido - originários das explosões de supernovas mencionadas e referidos como "raios cósmicos galácticos" energéticos - quando colidem com núcleos de luz (principalmente prótons e partículas alfa, isto é, núcleos de hidrogênio e hélio) no meio interestelar.
Raios cósmicos galácticos e o relógio de berílio
Os raios cósmicos galácticos viajaram por todo o início da Via Láctea, guiados pelo campo magnético cósmico. A produção resultante de berílio era bastante uniforme dentro da galáxia. A quantidade de berílio aumentou com o tempo e é por isso que pode atuar como um "relógio cósmico".
Quanto maior o tempo decorrido entre a formação das primeiras estrelas (ou, mais corretamente, seu rápido desaparecimento das explosões de supernovas) e a formação das estrelas aglomeradas globulares, maior o conteúdo de berílio no meio interestelar a partir do qual elas foram formadas. . Assim, supondo que esse berílio seja preservado na atmosfera estelar, quanto mais berílio for encontrado em uma estrela, maior será o intervalo de tempo entre a formação das primeiras estrelas e desta estrela.
O berílio pode, portanto, fornecer informações únicas e cruciais sobre a duração dos estágios iniciais da Via Láctea.
Uma observação muito difícil
Por enquanto, tudo bem. Os fundamentos teóricos para esse método de datação foram desenvolvidos durante as últimas três décadas e tudo o que é necessário é medir o conteúdo de berílio em algumas estrelas globulares de aglomerados.
Mas isso não é tão simples quanto parece! O principal problema é que o berílio é destruído a temperaturas acima de alguns milhões de graus. Quando uma estrela evolui para a fase gigante luminosa, um movimento violento (convecção) se instala, o gás na atmosfera estelar superior entra em contato com o gás quente interior, no qual todo o berílio foi destruído e o conteúdo inicial de berílio na atmosfera estelar é reduzido. assim diluído significativamente. Para usar o relógio de berílio, é necessário, portanto, medir o conteúdo desse elemento em estrelas menos massivas e menos evoluídas no aglomerado globular. E essas chamadas "estrelas de desligamento (TO)" são intrinsecamente fracas.
De fato, o problema técnico a ser superado é triplo: primeiro, todos os aglomerados globulares estão bem distantes e, como as estrelas a serem medidas são intrinsecamente fracas, elas parecem bastante fracas no céu. Mesmo no NGC6397, o segundo aglomerado globular mais próximo, as estrelas TO têm uma magnitude visual de ~ 16 ou 10.000 vezes mais fraca que a estrela mais fraca visível a olho nu. Em segundo lugar, existem apenas duas assinaturas de berílio (linhas espectrais) visíveis no espectro estelar e, como essas estrelas antigas contêm comparativamente pouco berílio, essas linhas são muito fracas, especialmente quando comparadas às linhas espectrais vizinhas de outros elementos. E terceiro, as duas linhas de berílio estão situadas em uma região espectral pouco explorada no comprimento de onda 313 nm, ou seja, na parte ultravioleta do espectro que é fortemente afetada pela absorção na atmosfera terrestre perto do ponto de corte a 300 nm, abaixo do qual observações do solo não são mais possíveis.
Portanto, não é de admirar que tais observações nunca tenham sido feitas antes, as dificuldades técnicas eram simplesmente insuperáveis.
VLT e UVES fazem o trabalho
Usando o espectrômetro UVES de alto desempenho no telescópio Kuyen de 8,2 m do Very Large Telescope do ESO no Observatório Paranal (Chile), que é particularmente sensível à luz ultravioleta, uma equipe de ESO e astrônomos italianos [1] conseguiu obter o primeiro medições do teor de berílio em duas estrelas TO (denotadas "A0228" e "A2111") no aglomerado globular NGC 6397 (PR Photo 23b / 04). Localizado a uma distância de cerca de 7.200 anos-luz na direção de um rico campo estelar na constelação do sul Ara, é um dos dois aglomerados estelares mais próximos desse tipo; o outro é o Messier 4.
As observações foram feitas durante várias noites no decorrer de 2003. Totalizando mais de 10 horas de exposição em cada uma das estrelas de magnitude 16, eles empurraram o VLT e o UVES para o limite técnico. Refletindo sobre o progresso tecnológico, o líder da equipe, Luca Pasquini, astrônomo do ESO, está exaltado: "Apenas alguns anos atrás, qualquer observação como essa teria sido impossível e permaneceu o sonho de um astrônomo!"
Os espectros resultantes (foto PR 23c / 04) das estrelas fracas mostram as assinaturas fracas dos íons berílio (Be II). Comparar o espectro observado com uma série de espectros sintéticos com diferentes conteúdos de berílio (em astrofísica: “abundância”) permitiu aos astrônomos encontrar o melhor ajuste e, assim, medir a quantidade muito pequena de berílio nessas estrelas: para cada átomo de berílio existe cerca de 2.224.000.000.000 de átomos de hidrogênio.
Linhas de berílio também são vistas em outra estrela do mesmo tipo que essas estrelas, HD 218052, cf. Foto 23c / 04 do PR. No entanto, ele não é membro de um cluster e sua idade não é de longe tão conhecida quanto a das estrelas do cluster. Seu conteúdo de berílio é bastante semelhante ao das estrelas do cluster, indicando que essa estrela do campo nasceu aproximadamente ao mesmo tempo que o cluster.
Do Big Bang até agora
De acordo com as melhores teorias atuais de fragmentação, a quantidade medida de berílio deve ter se acumulado ao longo de 200 - 300 milhões de anos. A astrônoma italiana Daniele Galli, outro membro da equipe, faz o cálculo: “Então agora sabemos que a era da Via Láctea é muito mais que a era daquele aglomerado globular - nossa galáxia deve, portanto, ser 13.600? 800 milhões de anos. É a primeira vez que obtemos uma determinação independente desse valor fundamental! ”.
Dentro das incertezas dadas, esse número também se encaixa muito bem com a estimativa atual da idade do Universo, 13.700 milhões de anos, que é o tempo decorrido desde o Big Bang. Parece, portanto, que a primeira geração de estrelas na Via Láctea foi formada na época em que a "Idade das Trevas" terminou, agora estimada em 200 milhões de anos após o Big Bang.
Parece que o sistema em que vivemos pode realmente ser um dos membros "fundadores" da população de galáxias no Universo.
Mais Informações
A pesquisa apresentada neste boletim de imprensa é discutida em um artigo intitulado “Esteja em estrelas instáveis do NGC 6397: fragmentação precoce da galáxia, cosmocronologia e formação de aglomerados” por L. Pasquini e co-autores que serão publicados na revista européia de pesquisas "Astronomia e astrofísica" (astro-ph / 0407524).
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
