Astrônomos revelaram uma nova e impressionante visão do centro da Via Láctea, expostas em detalhes sem precedentes uma intrincada rede de filamentos de gás cósmico. A imagem foi produzida utilizando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e forma o maior conjunto de dados já montado pelo ALMA. Este enorme mapa ajudará os cientistas a investigar como as estrelas se formam e evoluem na região mais extrema da nossa galáxia, próxima ao seu buraco negro supermassivo.
“É um lugar de extremos, invisível aos nossos olhos, mas agora revelado em detalhes extraordinários,” afirma Ashley Barnes, uma astrônoma do European Southern Observatory (ESO) na Alemanha e membro da equipe de pesquisa. As observações oferecem uma visão rara do gás frio, o ingrediente básico a partir do qual as estrelas são criadas, na região conhecida como Zona Molecular Central (CMZ). Pela primeira vez, o gás frio em toda essa área foi mapeado com tal precisão.
Mapeando a Zona Molecular Central
A região capturada na imagem se estende por mais de 650 anos-luz. Ela contém densas nuvens de gás e poeira que cercam o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. “É o único núcleo galáctico próximo o suficiente da Terra para que possamos estudar em tal detalhe,” explica Barnes. O novo conjunto de dados revela estruturas em toda a CMZ em várias escalas, desde enormes formações de gás que abrangem dezenas de anos-luz até pequenas nuvens que cercam estrelas individuais.
A pesquisa responsável por este trabalho é chamada ACES, que significa ALMA CMZ Exploration Survey. O ACES foca especificamente no gás molecular frio, o material que alimenta a formação de estrelas. Ao analisar os sinais desse gás, os pesquisadores descobriram um ambiente químico surpreendentemente complexo. A pesquisa detectou dezenas de moléculas, incluindo aquelas relativamente simples, como o monóxido de silício, assim como compostos orgânicos mais complexos, como metanol, acetona ou etanol.
Formação Estelar Extrema Perto do Centro Galáctico
Na CMZ, o gás molecular frio se move ao longo de filamentos alongados que canalizam material em grumos densos onde as estrelas podem se formar. Os astrônomos compreendem esse processo razoavelmente bem em partes mais tranquilas da Via Láctea, mas as condições próximas ao centro galáctico são muito mais intensas.
“A CMZ abriga algumas das estrelas mais massivas conhecidas em nossa galáxia, muitas das quais vivem rápido e morrem jovens, terminando suas vidas em poderosas explosões de supernova e até hipernovas,” diz Steve Longmore, líder do ACES e professor de astrofísica na Liverpool John Moores University, Reino Unido. Através da pesquisa ACES, os cientistas esperam aprender como tais ambientes violentos influenciam o nascimento de estrelas e se as teorias atuais sobre a formação estelar permanecem válidas sob essas condições extremas.
“Ao estudarmos como as estrelas nascem na CMZ, também podemos obter uma imagem mais clara de como as galáxias cresceram e evoluíram,” acrescenta Longmore. “Acreditamos que a região compartilha muitas características com galáxias no início do Universo, onde as estrelas estavam se formando em ambientes caóticos e extremos.”
Construindo o Maior Mosaico do ALMA
Para coletar este enorme conjunto de dados, os astrônomos utilizaram o ALMA, um poderoso observatório operado pelo ESO e seus parceiros no Deserto do Atacama, no Chile. Esta é a primeira vez que uma porção tão grande do centro galáctico foi mapeada com o ALMA, resultando na maior imagem já produzida pelo observatório. O mosaico final foi criado combinando muitas observações individuais, como a montagem das peças de um quebra-cabeça. No céu, a imagem completa abrange uma extensão equivalente a três Luas cheias colocadas lado a lado.
“Nós antecipávamos um alto nível de detalhe ao projetar a pesquisa, mas ficamos genuinamente surpresos com a complexidade e riqueza reveladas no mosaico final,” diz Katharina Immer, uma astrônoma do ALMA no ESO que também está envolvida no projeto. Os resultados do programa ACES são descritos em cinco artigos aceitos para publicação na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, com um sexto atualmente passando por revisão final.
Observações Futuras Revelarão Ainda Mais
“A próxima atualização de sensibilidade em banda larga do ALMA, juntamente com o Extremely Large Telescope do ESO, em breve nos permitirá explorar ainda mais esta região – resolvendo estruturas mais finas, rastreando uma química mais complexa e explorando a interação entre estrelas, gás e buracos negros com uma clareza sem precedentes,” afirma Barnes. “De muitas maneiras, isto é apenas o começo.”
Artigos de Pesquisa e Disponibilidade de Dados
Esse trabalho é apresentado em uma série de artigos que descrevem os dados do ACES, que aparecerão na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
Paper I — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) I: Overview paper Paper II — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) II: 3mm continuum images Paper III — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) III: Molecular line data reduction and HNCO & HCO+ data Paper IV — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) IV: Data of the two intermediate-width spectral windows Paper V — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) V: CS(2-1), SO 2_3-1_2, CH3CHO 5_(1,4)-4_(1,3), HC3N(11-10) and H40A lines data Paper VI — ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES) VI: ALMA Large Program Reveals a Highly Filamentary Central Molecular Zone (undergoing minor revision)
O conjunto completo de dados estará disponível através do ALMA Science Portal em https://almascience.org/alma-data/lp/aces.
Colaboração Global por Trás do Projeto ACES
A colaboração ACES inclui mais de 160 cientistas, desde estudantes de mestrado até pesquisadores aposentados, representando mais de 70 instituições em toda a Europa, América do Norte e do Sul, Ásia e Austrália. O projeto foi iniciado e liderado pelo Investigador Principal Steven Longmore (Liverpool John Moores University, Reino Unido), junto com os co-investigadores Ashley Barnes (European Southern Observatory, Alemanha), Cara Battersby (University of Connecticut, EUA), John Bally (University of Colorado Boulder, EUA), Laura Colzi (Centro de Astrobiología, Madrid, Espanha), Adam Ginsburg (University of Florida, EUA), Jonathan Henshaw (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Alemanha), Paul Ho (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taiwan), Izaskun Jiménez-Serra (Centro de Astrobiología), J. M. Diederik Kruijssen (COOL Research DAO), Elisabeth Mills (University of Kansas, EUA), Maya Petkova (Chalmers University of Technology, Suécia), Mattia Sormani (Dipartimento di Scienza e Alta Tecnologia (DiSAT), University of Insubria, Itália), Robin Tress (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suíça & Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Heidelberg, Alemanha), Daniel Walker (UK ALMA Regional Centre Node, University of Manchester, Reino Unido) e Jennifer Wallace (Connecticut).
Dentro do ACES, o grupo de trabalho de redução de dados do ALMA é coordenado por Adam Ginsburg, Daniel Walker e Ashley Barnes. Os colaboradores incluem Nazar Budaiev (Florida), Laura Colzi (Centro de Astrobiología), Savannah Gramze (Florida), Pei-Ying Hsieh (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tóquio, Japão), Desmond Jeff (Florida), Xing Lu (Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, China), Jaime Pineda (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Alemanha), Marc Pound (University of Maryland, EUA) e Álvaro Sánchez-Monge (Institut de Ciències de l’Espai, CSIC, Bellaterra, Espanha; Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Castelldefels, Espanha), juntamente com mais de 30 pesquisadores adicionais que auxiliaram na redução de dados.
