Arqueologia Galáctica: A formidável história de nu Indi

O desvendar do percurso evolutivo da nossa galáxia, a Via Láctea (ou, simplesmente, a Galáxia), é um dos grandes desafios da astrofísica moderna. As estrelas são os blocos de construção e a fonte da evolução química das galáxias. Assim, se quisermos compreender melhor o passado evolutivo da Via Láctea, torna-se fundamental a medição precisa das propriedades físicas das estrelas que a compõem (p. ex., as suas idades), algo que actualmente só conseguimos alcançar para estrelas na chamada vizinhança do Sol.

Estudos de cosmologia de campo próximo, ou arqueologia galáctica, são limitados pela maneira indirecta como as propriedades físicas das estrelas são inferidas. No entanto, três avanços importantes mudaram drasticamente esta situação ao longo da última década:

• A missão espacial Gaia tem vindo a fornecer informação sobre a distância e cinemática das estrelas que compõem a Via Láctea;

• Rastreios espectroscópicos de larga escala (p. ex., o APOGEE) têm permitido efectuar medições da temperatura e composição química das estrelas (à sua superfície) para diversas populações da Via Láctea;

• As missões espaciais CoRoT e Kepler revelaram que as estrelas gigantes vermelhas são osciladores sísmicos de grande amplitude.

Mas por que são as gigantes vermelhas assim tão importantes? As gigantes vermelhas são estrelas de massa pequena ou intermédia (massas inferiores a 10 massas solares) que esgotaram o hidrogénio no seu núcleo. Elas são alvos preferenciais de estudos galácticos por diversas razões:

• Muitas das estrelas passam por uma fase de gigante vermelha;

• Elas são suficientemente brilhantes para serem observadas a grandes distâncias;

• Alterações na sua estrutura interna, bem como alterações na composição química à sua superfície, ocorrem em escalas temporais relativamente curtas;

• Como já referi, as gigantes vermelhas exibem oscilações globais.

Ora, tudo isto faz das gigantes vermelhas excelentes relógios evolutivos, sobretudo graças à possibilidade de constranger a sua massa via astrossismologia e à existência de uma estreita relação idade-massa inicial para estas estrelas. As idades assim determinadas são precisas e exactas, adicionando uma nova dimensão aos estudos galácticos e representando um avanço determinante para a área.

Ao longo da sua história, a Via Láctea ingeriu várias galáxias-satélite de menores dimensões. Embora as populações estelares daí resultantes possam ser identificadas através da sua cinemática como estruturas distintas dentro da Galáxia, é difícil datar com precisão a época em que qualquer uma destas colisões ocorreu. Recentemente, foi revelada a existência de uma população estelar assimilada após a colisão de uma galáxia anã, chamada Gaia–Encélado, o que terá levado a uma poluição substancial das propriedades químicas e dinâmicas da Via Láctea. E é aqui que entra em cena nu Indi.

Num artigo que publicámos em Janeiro de 2020 na prestigiada revista científica Nature Astronomy, identificámos a estrela nu Indi (visível a olho nu) como um indicador da idade da população original da Galáxia (Fig. 1). Combinando astrossismologia proveniente da missão espacial TESS (NASA), espectroscopia, astrometria e observações da sua cinemática, mostrámos que esta estrela pertence à população indígena do halo e medimos a sua idade como sendo aproximadamente de 11 mil milhões de anos. A estrela possui ainda características consistentes com o ter sido aquecida dinamicamente pela colisão com Gaia–Encélado. Portanto, a sua idade pode ser usada para datar com precisão a época em que esta colisão teve início, i.e., há pelo menos 11,6 mil milhões de anos!

O nosso artigo (versão open access) pode ser consultado aqui.

Figura 1: [Mg/Fe] versus [Fe/H] (abundâncias relativas) para uma amostra de estrelas da Via Láctea (com base em dados do APOGEE DR-14). nu Indi está assinalada pelo símbolo em forma de estrela azul. Pontos a vermelho mostram as estrelas identificadas como fazendo parte da população proveniente de Gaia–Encélado.