Onde acaba a Via Láctea? As idades das estrelas traçam o limite do disco de formação estelar

A Via Láctea recorta o céu nocturno como uma faixa ténue e leitosa que parece não ter fim. Porém, por baixo desse brilho está uma pergunta simples: afinal, onde é que a nossa galáxia termina?

Há anos que os astrónomos tentam responder a isso. A Via Láctea não acaba numa fronteira nítida; a densidade de estrelas vai diminuindo gradualmente, o que torna difícil traçar uma linha definitiva.

Agora, uma equipa internacional de astrónomos chegou a uma resposta mais clara ao recorrer a um indicador tão simples quanto poderoso: a idade das estrelas.

Um padrão revelado na luz das estrelas

Em vez de se limitarem a cartografar onde as estrelas estão, os investigadores analisaram quantos anos elas têm - e essa mudança de abordagem foi decisiva.

Quando representaram a idade das estrelas ao longo do disco galáctico, surgiu um desenho inequívoco. À medida que nos afastamos do centro, as estrelas tendem a ser mais jovens, mas apenas até certo ponto. Para lá desse limite, as estrelas voltam a apresentar idades mais elevadas.

O resultado é aquilo a que os cientistas chamam uma curva em U. Essa inversão assinala um ponto de viragem - e é precisamente esse ponto que revela algo essencial: a maior parte da formação estelar na Via Láctea ocorre dentro de cerca de 40,000 anos-luz do Centro Galáctico.

“Há muito que a extensão do disco de formação estelar da Via Láctea é uma questão em aberto na arqueologia galáctica; ao mapearmos como as idades estelares mudam ao longo do disco, temos agora uma resposta clara e quantitativa”, afirmou o Dr. Karl Fiteni, da Universidade de Insubria.

Uma galáxia que cresce de dentro para fora

As galáxias não surgem de uma só vez. Ao longo de milhares de milhões de anos, vão-se construindo, começando por regiões centrais densas. Com o tempo, a formação de estrelas expande-se para zonas mais exteriores. Este mecanismo - conhecido como crescimento de dentro para fora - deixa uma marca reconhecível.

Na Via Láctea, essa marca reflecte-se na idade das estrelas. Nas regiões mais próximas do centro, as estrelas são, em média, mais antigas. Ao avançarmos para fora, as estrelas tornam-se mais jovens, porque essas áreas iniciaram a formação estelar mais tarde.

Só que esta tendência não é ilimitada. Por volta dos 35,000 a 40,000 anos-luz, o padrão inverte-se: as estrelas passam a ser novamente mais velhas, um sinal de que a formação de novas estrelas diminui de forma abrupta.

“Os dados hoje disponíveis permitem que idades estelares cada vez mais precisas se tornem ferramentas poderosas para decifrar a história da Via Láctea, inaugurando uma nova era de descobertas sobre a nossa Galáxia”, disse o Professor Joseph Caruana, orientador do projecto na Universidade de Malta.

Estrelas que se afastam muito do seu berço

Se a formação estelar perde força de forma tão marcada a essa distância, por que motivo continuam a existir estrelas para lá desse limite?

A explicação está no movimento. As estrelas não ficam necessariamente no local onde nasceram. Ao longo do tempo, podem deslocar-se pelo interior da galáxia num processo chamado migração radial. À medida que os braços espirais atravessam a Via Láctea, algumas estrelas são “transportadas” com eles, avançando gradualmente para regiões mais externas.

Esse deslocamento é lento. Quanto mais longe uma estrela aparece hoje, maior é a probabilidade de ter viajado durante mais tempo. É por isso que, nas zonas mais periféricas, as estrelas tendem a ser as mais antigas.

Além disso, essas estrelas descrevem trajectórias quase circulares, o que indica aos astrónomos que se formaram no próprio disco galáctico, e não que foram empurradas para lá por interacções externas.

“Um ponto fundamental sobre as estrelas no disco exterior é que estão em órbitas próximas de circulares, o que significa que tiveram de se formar no disco. Não são estrelas que tenham sido espalhadas para grandes raios por uma galáxia satélite em queda”, explicou Victor P. Debattista, professor na Universidade de Lancashire.

Cartografar a fronteira com dados em grande escala

Para detectar este padrão, os cientistas estudaram mais de 100,000 estrelas gigantes. Recorreu-se a dados de grandes levantamentos do céu, incluindo o LAMOST e o APOGEE, e a medições de elevada precisão do satélite Gaia.

Ao concentrarem-se nas estrelas do disco principal, conseguiram reduzir a interferência de outras componentes da galáxia. Assim, obtiveram um sinal limpo, em consonância com o que modelos computacionais avançados já sugeriam.

“O Gaia está a cumprir o que prometeu: ao combinar os seus dados com espectroscopia a partir do solo e simulações de galáxias, permite-nos decifrar a história de formação da nossa Galáxia”, afirmou o Professor Laurent Eyer, da Universidade de Genebra.

As simulações tiveram um papel determinante para validar o que as observações indicavam. Foi através delas que se ligou o padrão em U das idades a uma redução da eficiência de formação estelar na periferia galáctica.

“Em astrofísica, recorremos a simulações executadas em supercomputadores para identificar os mecanismos físicos responsáveis pelas características que observamos nas galáxias”, assinalou o Dr. João A. S. Amarante, da Universidade Jiao Tong de Xangai.

“Permitiram-nos demonstrar como a migração estelar molda o perfil etário do disco e identificar onde termina a região de formação estelar.”

Uma fronteira com perguntas em aberto

O estudo estabelece um limite claro para a zona onde nasce a maioria das estrelas da Via Láctea. Ainda assim, permanece uma questão central: por que razão é que a formação estelar diminui precisamente a essa distância?

Duas hipóteses ganham destaque. Uma delas aponta para a barra central da galáxia, uma estrutura densa que poderá puxar gás para o interior e, assim, restringir até onde a formação de estrelas se consegue expandir.

A outra explicação centra-se na deformação externa (warp) da Via Láctea, onde o disco se encurva e pode perturbar as condições necessárias ao nascimento de novas estrelas.

Espera-se que levantamentos futuros tornem esta imagem mais nítida. Projectos como o 4MOST e o WEAVE irão recolher informação ainda mais detalhada, ajudando os astrónomos a identificar o que determina, em última análise, a “borda” da nossa galáxia.

Por agora, a Via Láctea fica um pouco menos enigmática: o seu coração de formação estelar tem um limite, e esse limite conta uma história escrita ao longo de milhares de milhões de anos.

O estudo completo foi publicado na revista Astronomia e Astrofísica.