Usando o observatório SOFIA da NASA e outros recursos de dados, uma equipe internacional de astrônomos descobriu evidências de metais em galáxias locais – consideradas deficientes em estudos anteriores – analisando dados infravermelhos coletados durante uma campanha de vários anos.

Uma compreensão completa da evolução das galáxias depende em parte de uma medição precisa da abundância de metais no meio intergaláctico – o espaço entre as estrelas – mas a poeira pode impedir as observações em comprimentos de onda ópticos. Uma equipe internacional de astrônomos da Universidade da Califórnia, Irvine, Universidade de Oxford, na Inglaterra, e outras instituições descobriram evidências de elementos mais pesados ​​em galáxias locais – consideradas deficientes em estudos anteriores – analisando dados infravermelhos coletados durante uma campanha de vários anos.

Para um artigo publicado recentemente na Nature Astronomy, os pesquisadores examinaram cinco galáxias que são fracas em comprimentos de onda visíveis, mas trilhões de vezes mais luminosas que o sol no infravermelho. As interações entre essas galáxias e sistemas estelares vizinhos fazem com que o gás se desloque e colapse, estabelecendo condições para a formação de estrelas prodigiosas.

“Estudando o conteúdo de gás dessas galáxias com instrumentos ópticos, os astrônomos estavam convencidos de que elas eram significativamente pobres em metais quando comparadas com outras galáxias de massa semelhante”, disse a principal autora Nima Chartab, estudiosa de pós-doutorado da UCI em física e astronomia. “Mas quando observamos as linhas de emissão dessas galáxias empoeiradas em comprimentos de onda infravermelhos, tivemos uma visão clara delas e não encontramos deficiência significativa de metal”.

Para determinar a abundância de metais em fase gasosa no meio intergaláctico, os astrônomos procuraram adquirir dados sobre as proporções de proxies, oxigênio e nitrogênio, porque as emissões infravermelhas desses elementos são menos obscurecidas pela poeira galáctica.

“Estamos procurando evidências de ciclagem de bárions em que as estrelas processam elementos como hidrogênio e hélio para produzir carbono, nitrogênio e oxigênio”, disse a coautora Asantha Cooray, professora de física e astronomia da UCI. “As estrelas eventualmente se transformam em supernovas e explodem e então todo esse gás nos arredores das estrelas se transforma em nuvens que são lançadas ao redor. O material nelas é solto e difuso, mas eventualmente através de perturbações gravitacionais causadas por outras estrelas se movendo, o gás começará a se aglomerar e colapsar, levando à formação de novas estrelas.”

Observar esse processo em comprimentos de onda infravermelhos é um desafio para os astrônomos porque o vapor de água na atmosfera da Terra bloqueia a radiação nesta parte do espectro eletromagnético, fazendo com que as medições até mesmo dos telescópios terrestres de maior altitude – como os do Observatório Keck no Havaí – sejam insuficientes .

Parte do conjunto de dados usado pela equipe veio do agora aposentado Telescópio Espacial Herschel, mas Herschel não estava equipado com um espectrômetro capaz de ler uma linha de emissão específica que a equipe liderada pela UCI precisava para seu estudo. A solução dos pesquisadores foi subir aos céus – atingindo mais de 45.000 pés acima do nível do mar – no Observatório Estratosférico para Astronomia Infravermelha, o Boeing 747 da NASA equipado com um telescópio de 2,5 metros.

“Levamos quase três anos para coletar todos os dados usando o observatório SOFIA da NASA, porque esses voos não duram a noite toda; eles estão mais na faixa de 45 minutos de tempo de observação, então o estudo levou muito vôo planejamento e coordenação”, disse Cooray.

Ao analisar as emissões infravermelhas, os pesquisadores foram capazes de comparar a metalicidade de suas galáxias infravermelhas ultraluminosas alvo com galáxias menos empoeiradas com massa semelhante e taxas de formação de estrelas. Chartab explicou que esses novos dados mostram que as galáxias infravermelhas ultraluminosas estão alinhadas com a relação fundamental de metalicidade determinada pela massa estelar, abundância de metais e taxa de formação de estrelas.

Os novos dados mostram ainda que a subabundância de metais derivados de linhas de emissão óptica é provavelmente devido ao “obscurecimento de poeira pesada associada à explosão estelar”, de acordo com o artigo.

“Este estudo é um exemplo em que foi fundamental para nós usarmos este comprimento de onda infravermelho para obter uma compreensão completa do que está acontecendo em algumas dessas galáxias”, disse Cooray. “Quando as observações ópticas inicialmente surgiram sugerindo que essas galáxias tinham metais baixos, os teóricos foram e escreveram artigos, havia muitas simulações tentando explicar o que estava acontecendo. mas descobrimos que não é o caso. Ter uma visão completa do universo em todo o espectro eletromagnético é realmente crucial, eu acho.”

Juntando-se a Chartab e Cooray neste estudo, que foi financiado em parte pela NASA, estavam Jonathan Lopez e Preston Zilliot, estudantes de graduação em física e astronomia da UCI; Hooshang Nayyeri, UCI; Jingzhe Ma, Universidade de Harvard; Dario Fadda do Centro de Ciências SOFIA; Matthew Malkan, UCLA; Dimitra Rigopoulou, Universidade de Oxford, Reino Unido; Kartik Sheth, NASA; Julie Wardlow, Lancaster University, Reino Unido; e Rodrigo Herrera-Camus, Universidade de Concepción, Chile.

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