Filamento de hidrogênio com 3.900 anos-luz de comprimento

Concepção artística da Via Láctea. Crédito: Pablo Carlos Budassi

Cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, nosso Universo nasceu em uma enorme explosão que deu origem às primeiras partículas subatômicas e às leis da física como as conhecemos. Cerca de 370.000 anos depois, o hidrogênio se formou, o bloco de construção das estrelas, que fundem hidrogênio e hélio em seus interiores para criar todos os elementos mais pesados. Embora o hidrogênio continue sendo o elemento mais difundido no universo, pode ser difícil detectar nuvens individuais de gás hidrogênio no meio interestelar (ISM).

Isso dificulta a pesquisa das fases iniciais da formação estelar, o que ofereceria pistas sobre a evolução das galáxias e do cosmos. Uma equipe internacional liderada por astrônomos da Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) notou recentemente um filamento maciço de gás hidrogênio atômico em nossa galáxia. Essa estrutura, chamada “Maggie”, está localizada a cerca de 55.000 anos-luz de distância (do outro lado do via Láctea) e é uma das estruturas mais longas já observadas em nossa galáxia.

O estudo que descreve suas descobertas, que apareceu recentemente na revista Astronomia e Astrofísica, foi liderado por Jonas Syed, um Ph.D. estudante do MPIA. Ele foi acompanhado por pesquisadores da Universidade de Viena, o Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA), a Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIFR), a Universidade de Calgary, a Universität Heidelberg, a Centro de Astrofísica e Ciências Planetáriasa Instituto Argelander de Astronomiao Instituto Indiano de Ciências, e NASALaboratório de Propulsão a Jato (JPL).

A pesquisa é baseada em dados obtidos pelo Levantamento de linha HI/OH/Recombinação da Via Láctea (THOR), um programa de observação que conta com a Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) no Novo México. Usando as antenas de rádio de ondas centimétricas do VLA, este projeto estuda a formação de nuvens moleculares, a conversão de hidrogênio atômico em molecular, o campo magnético da galáxia e outras questões relacionadas ao ISM e à formação de estrelas.

O objetivo final é determinar como os dois isótopos de hidrogênio mais comuns convergem para criar nuvens densas que sobem para novas estrelas. Os isótopos incluem hidrogênio atômico (H), composto de um próton, um elétron e nenhum nêutron, e hidrogênio molecular (H₂) é composto por dois átomos de hidrogênio mantidos juntos por uma ligação covalente. Apenas o último se condensa em nuvens relativamente compactas que desenvolverão regiões geladas onde novas estrelas eventualmente surgirão.

Esta imagem mostra uma secção da vista lateral da Via Láctea medida pelo satélite Gaia da ESA. A faixa escura consiste em gás e poeira, que escurece a luz das estrelas incorporadas. O Centro Galáctico da Via Láctea é indicado à direita da imagem, brilhando intensamente abaixo da zona escura. A caixa à esquerda do meio marca a localização do filamento “Maggie”. Mostra a distribuição do hidrogênio atômico. As cores indicam diferentes velocidades do gás. Crédito: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syed/MPIA

O processo de como o hidrogênio atômico transita para o hidrogênio molecular ainda é amplamente desconhecido, o que tornou esse filamento extraordinariamente longo uma descoberta especialmente emocionante. Enquanto as maiores nuvens conhecidas de gás molecular normalmente medem cerca de 800 anos-luz de comprimento, Maggie mede 3.900 anos-luz de comprimento e 130 anos-luz de largura. Como Syed explicou em um recente MPIA Comunicado de imprensa:

“A localização deste filamento contribuiu para este sucesso. Ainda não sabemos exatamente como foi parar lá. Mas o filamento se estende cerca de 1600 anos-luz abaixo do plano da Via Láctea. As observações também nos permitiram determinar a velocidade do gás hidrogênio. Isso nos permitiu mostrar que as velocidades ao longo do filamento diferem pouco.”

A análise da equipe mostrou que a matéria no filamento tinha uma velocidade média de 54 km/s^-1, que eles determinaram principalmente medindo-o contra a rotação do disco da Via Láctea. Isso significava que a radiação em um comprimento de onda de 21 cm (também conhecido comolinha de hidrogênio“) era visível contra o fundo cósmico, tornando a estrutura discernível. “As observações também nos permitiram determinar a velocidade do gás hidrogênio”, disse Henrik Beuther, chefe do THOR e coautor do estudo. “Isso nos permitiu mostrar que as velocidades ao longo do filamento pouco diferem.”

Esta imagem em cores falsas mostra a distribuição do hidrogênio atômico medido em um comprimento de onda de 21 cm. A linha tracejada vermelha traça o filamento “Maggie”. Crédito: J. Syed/MPIA

A partir disso, os pesquisadores descobriram que Maggie é uma estrutura coerente. Essas descobertas confirmaram observações feitas um ano antes por Juan D. Soler, astrofísico da Universidade de Viena e coautor do artigo. Quando observou o filamento, deu-lhe o nome do rio mais longo da sua Colômbia natal: o Río Magdalena (anglicizado: Margaret, ou “Maggie”). Embora Maggie fosse reconhecível na avaliação anterior de Soler dos dados do THOR, apenas o estudo atual prova, sem sombra de dúvida, que é uma estrutura coerente.

Com base em dados publicados anteriormente, a equipe também estimou que Maggie contém 8% de hidrogênio molecular por uma fração de massa. Em uma inspeção mais detalhada, a equipe notou que o gás converge em vários pontos ao longo do filamento, o que os levou a concluir que o gás hidrogênio se acumula em grandes nuvens nesses locais. Eles especulam ainda que o gás atômico se condensará gradualmente em uma forma molecular nesses ambientes.

“No entanto, muitas perguntas permanecem sem resposta”, acrescentou Syed. “Dados adicionais, que esperamos que nos dêem mais pistas sobre a fração do gás molecular, já estão esperando para serem analisados.” Felizmente, vários observatórios espaciais e terrestres entrarão em operação em breve, telescópios que serão equipados para estudar esses filamentos no futuro. Estes incluem o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e pesquisas de rádio como o Matriz de quilômetros quadrados (SKA), que nos permitirá visualizar o período mais antigo do Universo (“Amanhecer Cósmico”) e as primeiras estrelas do nosso Universo.

Postado originalmente em Universo hoje.

Para saber mais sobre esta pesquisa, ver Estrutura de filamento maciço – 3900 anos-luz de comprimento – descoberto na Via Láctea.

Referência: “O filamento “Maggie”: Propriedades físicas de uma nuvem atômica gigante” por J. Syed, J. D. Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, J. D. Henshaw, M. Riener, S. Bialy, S. Rezaei Kh., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore e H. Linz, 20 de dezembro 2021, Astronomia e Astrofísica.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265