Decifrada a árvore genealógica da Via Láctea

Simulações de computador que se mostraram bem precisas revelaram que, em sua história, a Via Láctea canibalizou cerca de 20 galáxias com pelo menos 10 milhões de estrelas

O arco da Via Láctea sobre o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile: passado de canibalismo. Crédito: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

Os cientistas sabem há algum tempo que as galáxias podem crescer pela fusão de galáxias menores, mas a ancestralidade da Via Láctea, a galáxia onde moramos, é um mistério antigo. Agora, segundo a Royal Astronomical Society (Reino Unido), uma equipe internacional de astrofísicos conseguiu reconstruir a primeira árvore genealógica completa de nossa galáxia, analisando as propriedades dos aglomerados globulares orbitando a Via Láctea com inteligência artificial. O trabalho foi publicado na revista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Os aglomerados globulares são grupos densos de até 1 milhão de estrelas quase tão antigos quanto o próprio universo. A Via Láctea hospeda mais de 150 desses aglomerados, muitos dos quais se formaram nas galáxias menores que se fundiram para formar a galáxia em que vivemos hoje. Os astrônomos suspeitam há décadas que a idade dos aglomerados globulares significaria que eles poderiam ser usados ​​como “fósseis” para reconstruir as primeiras histórias de montagem de galáxias. No entanto, foi apenas com os modelos e observações mais recentes que se tornou possível cumprir essa promessa.

Uma equipe liderada pelo dr. Diederik Kruijssen, do Centro de Astronomia da Universidade de Heidelberg (Alemanha), e pelo dr. Joel Pfeffer, da Universidade John Moores de Liverpool (Reino Unido), inferiu agora a história da fusão da Via Láctea e reconstruiu sua árvore genealógica, usando apenas seus aglomerados globulares.

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Simulações avançadas

Para conseguirem isso, eles desenvolveram um conjunto de simulações avançadas de computador da formação de galáxias semelhantes à Via Láctea. Suas simulações, chamadas de E-MOSAICS, são únicas porque incluem um modelo completo para a formação, evolução e destruição de aglomerados globulares.

Árvore de fusão galáctica da Via Láctea inferida pela aplicação dos conhecimentos obtidos nas simulações do E-MOSAICS à população do aglomerado globular galáctico. A principal progenitora da Via Láctea é denotada pelo tronco da árvore, colorida por sua massa estelar. As linhas pretas indicam as cinco galáxias satélites identificadas. As linhas cinza pontilhadas ilustram outras fusões que a Via Láctea provavelmente experimentou, mas não poderiam ser ligadas a uma progenitora específica. Da esquerda para a direita, as seis imagens no topo da figura indicam as galáxias progenitoras identificadas: Sagitário, Sequoia, Kraken, a progenitora principal da Via Láctea, a progenitora da corrente de Helmi e de Gaia-Encélado. Crédito: D. Kruijssen/Universidade de Heidelberg/Tipo de licença: Atribuição (CC BY 4.0)

Nas simulações, os pesquisadores conseguiram relacionar as idades, composições químicas e movimentos orbitais dos aglomerados globulares com as propriedades das galáxias progenitoras nas quais eles se formaram, há mais de 10 bilhões de anos. Ao aplicarem esses vislumbres a grupos de aglomerados globulares na Via Láctea, eles puderam não apenas determinar quantas estrelas essas galáxias progenitoras continham, mas também quando elas se fundiram na Via Láctea.

“O principal desafio de conectar as propriedades dos aglomerados globulares à história de fusão de sua galáxia hospedeira sempre foi que a montagem da galáxia é um processo extremamente confuso, durante o qual as órbitas dos aglomerados globulares são completamente reorganizadas”, explica Kruijssen.

Precisão surpreendente

“Para entender o sistema complexo que resta hoje, decidimos usar inteligência artificial. Treinamos uma rede neural artificial nas simulações E-MOSAICS para relacionar as propriedades do aglomerado globular com o histórico de fusão da galáxia hospedeira. Testamos o algoritmo dezenas de milhares de vezes nas simulações e ficaram surpresos com a precisão com que ele foi capaz de reconstruir as histórias de fusão das galáxias simuladas, usando apenas suas populações de aglomerados globulares.”

Inspirados por esse sucesso, os pesquisadores se propuseram a decifrar a história da fusão da Via Láctea. Para conseguirem isso, eles usaram grupos de aglomerados globulares que se acredita terem se formado na mesma galáxia progenitora com base em seu movimento orbital. Ao aplicarem a rede neural a esses grupos de aglomerados globulares, os pesquisadores não só puderam prever as massas estelares e tempos de fusão das galáxias progenitoras com alta precisão, mas também conseguiram revelar uma colisão até então desconhecida entre a Via Láctea e uma galáxia enigmática, que os pesquisadores nomearam “Kraken”.

“A colisão com a Kraken deve ter sido a fusão mais significativa que a Via Láctea já experimentou”, acrescenta Kruijssen. “Antes, pensava-se que uma colisão com a galáxia Gaia-Encélado, que ocorreu há cerca de 9 bilhões de anos, era o maior evento de colisão. No entanto, a fusão com a Kraken ocorreu há 11 bilhões de anos, quando a Via Láctea era quatro vezes menos massiva. Como resultado, a colisão com a Kraken deve ter realmente transformado o que a Via Láctea parecia na época.”

Canibalismo galáctico

Juntas, essas descobertas permitiram à equipe reconstruir a primeira árvore de fusão completa de nossa galáxia. Ao longo de sua história, a Via Láctea canibalizou cerca de cinco galáxias com mais de 100 milhões de estrelas e cerca de 15 com pelo menos 10 milhões de estrelas. As galáxias progenitoras mais massivas colidiram com a Via Láctea entre 6 e 11 bilhões de anos atrás.

Os pesquisadores esperam que suas previsões estimulem estudos futuros para pesquisar os restos dessas galáxias progenitoras. “Os destroços de mais de cinco galáxias progenitoras já foram identificados. Com os telescópios atuais e futuros, deve ser possível encontrar todos eles,” conclui Kruijssen.

Vídeo de uma das simulações do E-MOSAICS, mostrando a formação de uma galáxia semelhante à Via Láctea. O sombreado cinza mostra a fragmentação do gás, formando estrelas e caindo na galáxia central. Estrelas recém-nascidas lançam bolhas no gás com sua radiação intensa e explosões de supernova. Os aglomerados globulares são indicados por pontos coloridos, em que a cor indica a composição química (aglomerados azuis apresentam baixo teor de elementos mais massivos do que o hélio, enquanto aglomerados vermelhos apresentam elevado teor desses elementos). Com o tempo, a fusão da galáxia central com galáxias satélites menores traz um grande número de aglomerados globulares. As idades, composição química e órbitas desses aglomerados revelam a massa da galáxia progenitora na qual eles se formaram originariamente, bem como o momento em que ela se fundiu com a galáxia central. Juntos, isso permitiu que a árvore genealógica da Via Láctea fosse decifrada. Crédito: J. Pfeffer/D. Kruijssen/R. Crain/N. Bastian

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