Os astrônomos pensam que as estrelas se formam dentro das nuvens em colapso do gás hidrogênio frio. Essas nuvens são muito difíceis de ver porque a atmosfera da Terra absorve grande parte da luz que irradia; no entanto, outro gás, o monóxido de carbono, também está sempre presente e pode ser facilmente observado da Terra. Astrônomos do Instituto Max Planck de Radioastronomia desenvolveram um mapa detalhado dessas regiões formadoras de estrelas na galáxia de Andrômeda.
Como as estrelas são formadas? Essa é uma das questões mais importantes da astronomia. Sabemos que a formação estelar ocorre em nuvens frias de gás com temperaturas abaixo de -220 C (50 K). Somente nessas regiões de gás denso a gravitação pode levar ao colapso e, consequentemente, à formação de estrelas. Nuvens de gás frio nas galáxias são compostas preferencialmente de hidrogênio molecular, H2 (dois átomos de hidrogênio ligados como uma molécula). Essa molécula emite uma linha espectral fraca na largura de banda infravermelha do espectro que não pode ser observada pelos telescópios terrestres porque a atmosfera absorve essa radiação. Portanto, os astrônomos estudam outra molécula que sempre é encontrada na vizinhança do H2, a saber, monóxido de carbono, CO. A intensa linha espectral de CO no comprimento de onda de 2,6 mm pode ser observada com radiotelescópios que são colocados em locais atmosféricos favoráveis: alto e baixo. montanhas secas, no deserto ou no Polo Sul. No espaço cósmico, o monóxido de carbono é um indicador de condições favoráveis à formação de novas estrelas e planetas.
Em nossa galáxia, a Via Láctea, estudos sobre a distribuição de monóxido de carbono são realizados há muito tempo. Os astrônomos encontram gás frio suficiente para a formação de estrelas durante milhões de anos vindouros. Mas muitas perguntas não foram respondidas; por exemplo, como essa matéria-prima do gás molecular passa a existir em primeiro lugar. Ele é fornecido pelo estágio inicial de desenvolvimento da galáxia ou pode ser formado a partir de gás atômico mais quente? Uma nuvem molecular pode entrar em colapso espontaneamente ou precisa de uma ação externa para torná-la instável e colapsar? Como o Sol está localizado no disco da Via Láctea, é muito difícil obter uma visão geral dos processos que ocorrem em nossa galáxia. Olhar de "fora" ajudaria e também o olhar para os nossos vizinhos cósmicos.
A galáxia de Andrômeda, também conhecida sob seu número de catálogo M31, é um sistema de bilhões de estrelas, semelhante à nossa Via Láctea. A distância do M31 é de 'apenas' 2,5 milhões de anos-luz, tornando-a a galáxia espiral mais próxima. A galáxia se estende por cerca de 5 graus no céu e pode ser vista a olho nu como uma pequena nuvem difusa. Os estudos desse vizinho cósmico podem ajudar a entender processos em nossa própria galáxia. Infelizmente, estamos vendo o disco de gás e estrelas no M31 quase na borda (ver Fig. 1, à direita).
Em 1995, uma equipe de radioastrônomos no Instituto de Radioastronomia Millimétrica (IRAM) em Grenoble (Michel Guélin, Hans Ungerechts, Robert Lucas) e no Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR) em Bonn (Christoph Nieten, Nikolaus Neininger, Elly Berkhuijsen, Rainer Beck, Richard Wielebinski) iniciaram o ambicioso projeto de mapear toda a galáxias de Andrômeda na linha espectral de monóxido de carbono. O instrumento utilizado para este projeto foi o radiotelescópio de 30 metros da IRAM, localizado no Pico Veleta (2970 metros), perto de Granada, na Espanha. Com uma resolução angular de 23 segundos de arco (na frequência de observação de 115 GHz = comprimento de onda de 2,6 mm), 1,5 milhão de posições individuais tiveram que ser medidas. Para acelerar o processo de observação, foi utilizado um novo método de medição. Em vez de observar em cada posição, o radiotelescópio era conduzido em tiras por toda a galáxia com o registro contínuo dos dados. Esse método de observação, chamado "on the fly", foi desenvolvido especialmente para o projeto M31; agora é prática comum, não apenas no radiotelescópio Pico Veleta, mas também em outros telescópios observando comprimentos de onda milimétricos.
Para cada posição observada em M31, não apenas um valor de intensidade de CO foi registrado, mas 256 valores simultaneamente em todo o espectro, com uma largura de banda de 0,2% do comprimento de onda central de 2,6 mm. Assim, o conjunto completo de dados observacionais consiste em cerca de 400 milhões de números! A posição exata da linha de CO no espectro nos fornece informações sobre a velocidade do gás frio. Se o gás estiver se movendo em nossa direção, a linha será deslocada para comprimentos de onda mais curtos. Quando a fonte se afasta de nós, vemos uma mudança para comprimentos de onda mais longos. É o mesmo efeito (o efeito Doppler) que podemos ouvir quando a sirene de uma ambulância se move em nossa direção ou para longe de nós. Na astronomia, o efeito Doppler permite que os movimentos das nuvens de gás sejam estudados; até nuvens com velocidades diferentes vistas na mesma linha de visão podem ser distinguidas. Se a linha espectral é ampla, a nuvem pode estar se expandindo ou então consiste em várias nuvens em velocidades diferentes.
As observações foram concluídas em 2001. Com mais de 800 horas de tempo no telescópio, este é um dos maiores projetos de observação realizados com os telescópios da IRAM ou MPIfR. Após um extenso processamento e análise de grandes quantidades de dados, a distribuição completa do gás frio no M31 acaba de ser publicada (ver Fig. 1, à esquerda).
O gás frio em M31 está concentrado em estruturas muito filigranas nos braços espirais. A linha CO parece bem adequada para rastrear a estrutura do braço em espiral. Os distintos braços espirais são vistos a distâncias entre 25.000 e 40.000 anos-luz do centro de Andrômeda, onde ocorre a maior parte da formação estelar. Nas regiões centrais, onde está localizada a maior parte das estrelas mais antigas, as armas de CO são muito mais fracas. Como resultado da alta inclinação do M31 em relação à linha de visão (cerca de 78 graus), os braços espirais parecem formar um anel elíptico grande com um eixo principal de 2 graus. De fato, por muito tempo, Andrômeda foi considerada, por engano, uma galáxia de 'anéis'.
O mapa das velocidades do gás (veja a Fig. 2) lembra um instantâneo de uma roda gigante de fogo. Por um lado (no sul, à esquerda), o gás CO se move cerca de 500 km / segundo em nossa direção (azul), mas, por outro lado (norte, à direita), com 'apenas' 100 km / segundo (vermelho). Como a galáxia de Andrômeda está se movendo em nossa direção com uma velocidade de cerca de 300 km / segundo, passará de perto a Via Láctea em cerca de 2 bilhões de anos. Além disso, o M31 está girando com cerca de 200 km / segundo em torno de seu eixo central. Como as nuvens internas de CO estão se movendo em um caminho mais curto que as nuvens externas, elas podem se ultrapassar. Isso leva a uma estrutura em espiral.
A densidade do gás molecular frio nos braços espirais é muito maior do que nas regiões entre os braços, enquanto o gás atômico é mais uniformemente distribuído. Isso sugere que o gás molecular é formado a partir do gás atômico nos braços espirais, especialmente no anel estreito da formação de estrelas. A origem deste anel ainda não está clara. Pode ser que o gás nesse anel seja apenas material ainda não usado para estrelas. Ou talvez o campo magnético muito regular em M31 desencadeie a formação de estrelas nos braços espirais. Observações com o telescópio Effelsberg mostraram que o campo magnético segue de perto os braços espirais vistos no CO.
O anel de formação estelar ('zona de nascimento') em nossa própria Via Láctea, que se estende de 10.000 a 20.000 anos-luz do centro, é menor que no M31. Apesar disso, contém quase 10 vezes mais gás molecular (ver tabela no Apêndice). Como todas as galáxias têm aproximadamente a mesma idade, a Via Láctea tem sido mais econômica com sua matéria-prima. Por outro lado, as muitas estrelas antigas próximas ao centro de M31 indicam que no passado a taxa de formação de estrelas era muito maior do que a atual: aqui a maior parte do gás já foi processada. O novo mapa de CO mostra que Andrômeda foi muito eficaz na formação de estrelas no passado. Daqui a alguns bilhões de anos, a Via Láctea pode se parecer com Andrômeda agora.
Fonte original: Comunicado de imprensa do Instituto Max Planck
