Quase um milhão de estrelas e contando: Mapeando a história da Via Láctea com o APOGEE e além

Data da publicação original: 9 de janeiro de 2022

Em 6 de dezembro de 2021, cientistas do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) divulgaram o maior censo detalhado de estrelas em nossa própria Via Láctea, com a liberação completa de dados de seu Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE).

“Na última década, trabalhamos para mapear a Via Láctea e medir propriedades extremamente detalhadas das estrelas dentro dela”, disse Steven Majewski, da Universidade da Virgínia, Principal Investigator do APOGEE desde 2006. “Ver esta fase do SDSS chegar ao fim é extremamente gratificante, especialmente considerando que finalmente coletamos dados sobre mais de dez vezes mais estrelas do que planejamos originalmente.”

O APOGEE funciona medindo espectros, uma espécie de arco-íris detalhado, de estrelas na parte infravermelha do espectro eletromagnético. Ao trabalhar em luz infravermelha, os premiados instrumentos do APOGEE podem enxergar através das espessas nuvens de poeira que obscurecem o interior da Via Láctea para obter uma visão mais completa de nossa própria galáxia.

O experimento mediu mais de dois milhões de espectros de quase 700.000 estrelas individuais, tornando-se a maior amostra espectroscópica de estrelas de alta resolução e infravermelho próximo já observada. Como em todos os projetos anteriores do SDSS, o conjunto de dados completo agora está online para qualquer pessoa usar. 

Pesquisadores do BPG-SDSS, apoiados pelo LIneA e INCT do e-Universo, conseguiram medir a maior parte destas estrelas que estão em regiões pouco exploradas até então, como as partes mais internas do disco e bojo da nossa galáxia, não acessíveis a surveys no óptico devido à poeira. “APOGEE foi realmente uma revolução no campo da arqueologia galáctica, abrindo as portas para regiões da Galáxia que mostram uma complexidade enorme”, diz Cristina Chiappini (AIP). Anna Queiroz (AIP) explica que pela primeira vez foi possível estudar em detalhes as regiões internas da galáxia e, graças à complementaridade com outros dados fotométricos e o telescópia Gaia (da Agência Espacial Europeia) descobrir, por exemplo, um reservatório de estrelas que chegam a ser até mais de 3 vezes mais metalicas do que o Sol, ou que as estrelas que hoje estão apoiadas em uma órbita de barra, não possuem uma característica química única. Dois trabalhos envolvendo o tema, liderados pelas pesquisadoras brasileiras, foram recentemente publicados na renomada Astronomy & Astrophysics e podem ser encontrados aqui e aqui.

Os astrônomos podem ler cada um desses espectros estelares como um código de barras, revelando quais elementos estão presentes na estrela. Os elementos que podemos detectar com o APOGEE incluem carbono, nitrogênio, oxigênio e ferro – na verdade, os pesquisadores do APOGEE usaram os espectros para mapear os elementos que compõem mais de 97% do corpo humano.

Outro trabalho que vem sendo desenvolvido por pesquisadores do BPG-SDSS, segundo Beatriz Barbuy (IAG – USP), se trata da investigação da abundância de uma amostra selecionada de prováveis ​​estrelas genuínas do bojo galáctico, contendo metalicidade moderadas com a razão ferro-hidrogênio inferior a -0,85, analisando seus espectros no APOGEE. As abundâncias adotadas são da Apogee Stellar Parameter and Chemical Abundances Pipeline (ASPCAP) para o magnésio, alumínio, silício, cálcio e potássio, e revisadas para carbono, nitrogênio, oxigênio, sódio, enxofre, titânio e cério. A comparação com modelos de evolução química do bojo galáctico mostra que o comportamento é o esperado – o cério é aumentado e pode indicar enriquecimento precoce por spinstars. O artigo está em fase final de preparação.

A presidente do Grupo de Trabalho de Ciência do APOGEE, Rachael Beaton, explica: “Ao estudar cuidadosamente quanto de cada um desses elementos vemos em cada estrela, podemos juntar a localização de cada estrela no disco, sua protuberância ou halo da Via Láctea – e também quantos anos cada estrela tem.”

O APOGEE não é apenas o maior levantamento desse tipo, mas também tem uma visão especial de dois hemisférios da Via Láctea. O uso de dois instrumentos idênticos – um no Observatório Apache Point, no Novo México, e outro no Observatório Las Campanas, no Chile – permite que os cientistas do SDSS mapeiem estrelas em todas as partes da Via Láctea de maneira uniforme.

“Ter instrumentos idênticos no Norte e no Sul nos permitiu mapear todas as partes da nossa Via Láctea”, diz Beaton. “O centro da Via Láctea, e seus vizinhos, as Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães, só podem ser vistos do Hemisfério Sul, enquanto do Hemisfério Norte vemos as partes externas da galáxia”.

Essa visão única e dupla do hemisfério permitiu muitos tipos diferentes de resultados científicos do APOGEE. Por exemplo, os resultados do APOGEE separaram estrelas na Via Láctea em duas populações quimicamente distintas com base em onde e como elas se formaram. A composição química das estrelas revela de que tipos de nuvens interestelares elas se formaram e como essas nuvens interestelares, por sua vez, foram enriquecidas quimicamente por gerações anteriores de estrelas. Um dos grupos de estrelas da Via Láctea mostra evidências de ter se formado a partir de nuvens enriquecidas por muitas formações recentes e rápidas de estrelas. Este grupo é mais estendido verticalmente do que a outra população, que se formou a partir de nuvens enriquecidas por uma formação estelar mais suave.

Outros resultados do APOGEE revelam como as estrelas se movem na Via Láctea, ou escolhem estrelas que se juntaram à nossa galáxia em eventos especiais quando galáxias menores foram “comidas” por nossa grande galáxia. Os espectros APOGEE também foram usados ​​para revelar novas informações sobre como as próprias estrelas funcionam: por exemplo, com novas medições de qual fração de estrelas são encontradas em sistemas binários ou triplos, ou a descoberta de objetos raros interessantes.

Outro resultado imprevisto do APOGEE foi que seu grande banco de dados de estrelas, combinado com os avanços em astrofísica estelar do Telescópio Espacial Kepler, permitiram aos astrônomos descobrir uma nova ferramenta para encontrar as idades das estrelas. Usando novas técnicas como essa, os cientistas do APOGEE fizeram grandes avanços na identificação de conjuntos de estrelas com padrões químicos quase idênticos em toda a Via Láctea, ajudando a revelar a história da formação e evolução de nossa galáxia.

Em colaboração com um grupo de sismologia, membros do LIneA conseguiram idades muito precisas para a população muito velha do disco espesso da Galáxia e os debris deixados pelo merger com Gaia Enceladus.

Mike Blanton, Diretor do SDSS-IV reflete: “Quando o APOGEE começou há dez anos, sabíamos que nos daria uma visão única da história da Via Láctea, mas não sabíamos que seríamos capazes de expandi-lo para Las Campanas para ver seu interior, e não sabíamos que tantos detalhes de sua história nossos cientistas seriam capazes de desvendar. Estou ansioso por outras surpresas que a comunidade astronômica encontrará nos dados, agora que todos eles são públicos para qualquer um usar, e pelas novas descobertas que virão do programa SDSS-V Milky Way Mapper.”

SOBRE A PESQUISA DO SLOAN DIGITAL SKY

O financiamento para o Sloan Digital Sky Survey IV foi fornecido pela Alfred P. Sloan Foundation, pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências e pelas Instituições Participantes. O SDSS reconhece o apoio e os recursos do Center for High-Performance Computing da Universidade de Utah. O site do SDSS é www.sdss.org.

O SDSS é administrado pelo Astrophysical Research Consortium para as Instituições Participantes da Colaboração SDSS, incluindo o Brazilian Participation Group, a Carnegie Institution for Science, Carnegie Mellon University, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), o Chilean Participation Group, o French Participation Group, Instituto de Astrofísica de Canárias, The Johns Hopkins University, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (IPMU) / University of Tokyo, o Korean Participation Group , Lawrence Berkeley National Laboratory, Leibniz Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA Heidelberg), Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA Garching), Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) , Observatórios Astronômicos Nacionais da China, New Mexico State University, New York University, University of Notre Dame, Observatório Nacional / MCTI, The Ohio State University, Pennsylvania State University, Shanghai Astronomical Observatory, United Kingdom Participation Group, Universidad Nacional Autónoma de México, Universidade do Arizona, Universidade do Colorado Boulder, Universidade de Oxford, Universidade de Portsmouth, Universidade de Utah, Universidade de Virginia, Universidade de Washington, Universidade de Wisconsin, Universidade Vanderbilt e Universidade de Yale.