Fluxo antigo C-19: Cientistas descobrem faixa de estrelas muito antigas na Via Láctea.

Um grupo internacional de astrónomos detetou, na periferia da Via Láctea, um fluxo estelar tão invulgarmente antigo e primitivo que parece um fóssil dos primórdios do cosmos. O fluxo, com a designação sóbria C‑19, é agora considerado a população estelar mais pobre em metais alguma vez encontrada na nossa galáxia - e oferece pistas sobre galáxias anãs há muito desfeitas e sobre a matéria invisível que mantém tudo unido.

C‑19, um fóssil cósmico no halo da Via Láctea

C‑19 estende-se como uma faixa finíssima de estrelas pelo halo da Via Láctea, isto é, a região ampla que envolve, a grande distância, o disco visível. O fluxo encontra-se a cerca de 58.700 anos-luz da Terra e prolonga-se por mais de 100 graus no céu - um arco gigantesco que só se torna percetível com instrumentos especializados.

Este tipo de estrutura chama-se fluxo estelar. Forma-se quando pequenas galáxias anãs ou aglomerados globulares caem no campo gravitacional da nossa Via Láctea e, ao longo de milhares de milhões de anos, vão sendo lentamente desfeitos. No fim, fica uma sequência de estrelas que segue a órbita original do sistema.

Em condições normais, estes fluxos apresentam uma certa quantidade de elementos pesados, que os astrónomos designam de forma genérica por “metais”. No caso de C‑19, a realidade é totalmente diferente: a metalicidade é inferior a –3,0 dex. Isto significa que as estrelas contêm apenas cerca de um milésimo dos elementos pesados presentes no Sol.

C‑19 passa assim a ser o fluxo estelar conhecido mais pobre em metais da Via Láctea - uma indicação de que terá surgido muito pouco tempo depois do Big Bang.

A própria estrutura é impressionante: o fluxo mede mais de 650 anos-luz de espessura e tem uma massa estimada entre 40.000 e 50.000 massas solares. Por trás desta faixa discreta esconde-se, portanto, um remanescente notável de uma galáxia progenitora há muito engolida ou de um aglomerado estelar muito massivo.

Como o DESI espreitou milhões de estrelas

Para localizar C‑19, a equipa liderada por Nasser Mohammed, da Universidade de Toronto, recorreu a tecnologia de última geração. Foi utilizado o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) no telescópio Mayall de 4 metros do Observatório do Kitt Peak, no Arizona.

O DESI mede em simultâneo os espectros de milhares de estrelas. A partir desses espectros é possível determinar a velocidade com que uma estrela se aproxima ou se afasta de nós (velocidade radial) e a quantidade de elementos pesados que contém (metalicidade). No total, o DESI recolheu dados de mais de 10 milhões de estrelas - muito mais fundo do que os levantamentos do céu anteriores.

• Localização: Observatório Nacional de Kitt Peak, Arizona
• Telescópio: refletor Mayall com 4 metros de diâmetro do espelho
• Instrumento: DESI (espetrógrafo múltiplo de nova geração)
• Objetivo: espectros e movimentos de milhões de estrelas e galáxias
• Utilização neste estudo: identificação do fluxo extremamente pobre em metais C‑19

Os investigadores usaram um modelo estatístico de mistura: compararam os movimentos e as propriedades químicas das estrelas do halo com as estrelas de fundo típicas da Via Láctea. Desse oceano de dados destacou-se um grupo cujas estrelas eram todas igualmente pobres em metais e se moviam numa trajetória comum - C‑19.

Um resultado central foi o seguinte: as estrelas do fluxo apresentam uma dispersão de velocidades de cerca de 7,8 quilómetros por segundo. Num fluxo estelar, isto é surpreendentemente elevado. Os aglomerados globulares costumam deixar fluxos “frios”, em que as estrelas apenas se ultrapassam lentamente umas às outras. C‑19, pelo contrário, parece “cinematicamente quente” - as estrelas passam umas pelas outras com velocidades relativas bem marcadas.

O misterioso esporão ao lado do fluxo principal

C‑19 torna-se ainda mais intrigante por causa de uma estrutura adicional: uma extensão em forma de esporão, deslocada lateralmente em relação ao fluxo principal. Este “esporão” fica a cerca de 1.000 anos-luz da faixa principal e ele próprio prolonga-se por aproximadamente 3.000 anos-luz.

As estrelas do esporão diferem do fluxo principal na velocidade e na posição. Isso sugere que não se tratam simplesmente de estrelas de fundo dispersas ao acaso, mas sim de uma estrutura coerente.

O esporão pode ser o fator decisivo para perceber se C‑19 tem por trás uma galáxia anã desfeita ou um aglomerado globular rasgado.

Uma simples desagregação causada pelas forças de maré da Via Láctea tenderia a produzir um único fluxo bem definido. A presença deste esporão adicional indica que o antecessor de C‑19 tinha uma estrutura interna mais complexa ou sofreu, no passado, uma interação violenta - por exemplo, um encontro com outra concentração de massa no halo, talvez até com uma acumulação compacta de matéria escura.

Galáxia anã ou aglomerado globular - o que está por trás de C‑19?

A origem de C‑19 continua em aberto. Do ponto de vista astronómico, competem dois cenários:

• Aglomerado globular: grupos estelares muito antigos e densos, compactos e, regra geral, pobres em metais.
• Galáxia anã: pequenas galáxias com extensão muito maior, dispersão de velocidades mais alta e, muitas vezes, estrutura complexa.

A metalicidade extremamente baixa de C‑19 aponta fortemente para uma origem num aglomerado globular que se formou pouco tempo depois da primeira grande fase de formação estelar no Universo. Ao mesmo tempo, a elevada dispersão de velocidades encaixa melhor numa galáxia anã.

O esporão abre a porta a uma terceira hipótese: talvez se tratasse de um sistema situado na fronteira entre aglomerado globular e galáxia anã - por exemplo, um pequeno anão estelar, do início do Universo, que terá produzido apenas algumas gerações de estrelas.

O que o fluxo nos diz sobre a matéria escura

Os fluxos estelares são especialmente valiosos para estudar a matéria escura. Esta massa invisível representa a maior parte da massa total da Via Láctea, mas não emite luz. A sua presença só se revela através da gravidade.

Um fluxo longo e estreito reage de forma extremamente sensível a perturbações. Se, por exemplo, uma nuvem compacta de matéria escura o atravessar, surgem lacunas, concentrações ou ramificações. É precisamente esse tipo de traços que os investigadores observam em C‑19 e no seu esporão.

Ao medir com precisão a órbita de C‑19 e as velocidades das estrelas, é possível tirar conclusões sobre a distribuição da matéria escura no halo. Um fluxo com uma química tão primitiva funciona como uma espécie de referência: provém de uma época em que a própria Via Láctea ainda estava a formar-se. Qualquer desvio na sua estrutura reflete acontecimentos posteriores - como fusões com outras galáxias ou concentrações locais de matéria escura.

Porque é que os “metais” são tão importantes para os astrónomos

A expressão “pobre em metais” pode soar técnica para quem não é da área. Na astronomia, porém, tudo o que seja mais pesado do que hidrogénio e hélio conta como “metal”. Isso inclui elementos como oxigénio, carbono, ferro ou ouro.

Quanto menos destes elementos contém uma estrela, mais antiga ela tende a ser. Isto porque os elementos pesados são produzidos sobretudo por processos de fusão nuclear nas estrelas e em explosões de supernova. Só ao longo de várias gerações é que o gás de uma galáxia se vai enriquecendo.

As estrelas de C‑19 têm tão poucos metais que remetem diretamente para o início do Universo. A análise da sua composição fornece pistas sobre a forma como as primeiras estrelas explodiram, que elementos produziram e como daí se formaram gerações posteriores.

O que vem a seguir - e por que razão isso também nos diz respeito

Nos próximos anos, instrumentos como o Vera C. Rubin Observatory deverão descobrir ainda mais fluxos estelares com pobreza metálica semelhante. C‑19 é, provavelmente, não um caso isolado, mas parte de um “cemitério estelar” maior no halo da Via Láctea.

Para a investigação, surgem várias tarefas interessantes:

• Medição mais precisa da órbita de C‑19 e do seu esporão
• Análises detalhadas da composição química de estrelas individuais
• Simulações informáticas que testem diferentes modelos de origem
• Procura de outras estruturas ligadas na mesma zona do céu

Embora C‑19 pareça estar extremamente longe, a sua história tem ligação direta com a nossa. A Via Láctea nasceu da fusão de muitas pequenas galáxias progenitoras. Cada um destes blocos deixou marcas - sob a forma de fluxos estelares, aglomerados estelares antigos e assinaturas químicas nas estrelas.

Compreender C‑19 é, em certa medida, compreender de que ingredientes foi feita a nossa casa cósmica. E, no fundo, em que ambiente foi possível formar-se, um dia, o Sol e os seus planetas - incluindo a Terra.