Começa Com Um Estrondo

A Via Láctea poderia ser mais massiva que Andrômeda?

A Via Láctea, como a conhecemos hoje, não mudou muito em bilhões de anos, nem Andrômeda. Por muito tempo, pensamos que Andrômeda era maior, mais massiva e continha muito mais estrelas do que nós. Mas novas observações mudaram a história; agora, não temos tanta certeza. (ESO/S. GUISARD)

A única outra grande galáxia no grupo local é maior em tamanho e tem mais estrelas. Mas massa? Talvez sejamos os maiores, afinal.

A Via Láctea abriga o Sol, nosso Sistema Solar e centenas de bilhões de estrelas além dele. No entanto, ao contrário de todas as outras galáxias lá fora – em nosso Grupo Local e no Universo além – não temos uma boa maneira de ver nossa própria galáxia de nossa posição dentro dela. Como resultado, toda a extensão de nossa galáxia, incluindo seu tamanho total, massa, conteúdo de matéria e número de estrelas, permanece misteriosa para os astrônomos modernos.

Há muito tempo olhamos para as galáxias que cercam nossa vizinhança local no espaço e nos comparamos a elas. Embora possa haver mais de 60 galáxias presentes dentro do Grupo Local, duas delas dominam em todos os sentidos imagináveis: nós mesmos e Andrômeda. Somos as duas maiores e mais massivas galáxias ao redor, com mais estrelas do que todas as outras juntas. Mas qual é maior? Pensado há muito tempo como Andrômeda, agora estamos descobrindo que a Via Láctea pode ter uma chance de ser o número um.

Nosso Grupo Local de galáxias é dominado por Andrômeda e Via Láctea, mas ainda não sabemos qual delas domina em termos de gravitação. Embora Andrômeda pareça ser maior em extensão física e ter mais estrelas, ela ainda pode ser menos massiva do que nós. (ANDREW Z. COLVIN)

Pode parecer uma tremenda falha por parte dos astrônomos que ainda não aprendemos o quão grande, massiva ou cheia de estrelas é nossa própria galáxia, mas isso não deve surpreendê-lo. Pense nisso de outro ponto de vista: imagine que você estava olhando para uma sala cheia de pessoas e queria determinar qual era a cor dos olhos de todos.

Parece o experimento mais fácil de todos. Tudo o que você precisa fazer é chegar perto o suficiente de todos na sala para ver a cor de seus olhos, e você saberá. Você provavelmente saberia a cor dos olhos de todos próximos a você imediatamente e, através do uso de uma ferramenta – uma câmera, um par de binóculos, um telescópio, etc. – você poderia determinar a cor dos olhos de todos ao seu alcance. Só haveria uma pessoa na sala que lhe daria problemas: você mesmo.

Quando você olha para uma multidão de pessoas, você pode determinar claramente a cor dos olhos se eles estiverem perto o suficiente de você simplesmente olhando. Sem poder olhar diretamente para eles, você teria que confiar em outras opções, como uma fotografia, reflexo ou dados de outro observador. (DOMÍNIO PÚBLICO / PXAQUI)

Temos duas maneiras de determinar a cor dos nossos olhos de dentro de nossos próprios corpos.

Podemos mudar nossa perspectiva fora de nossos próprios corpos. Seja perguntando a outra pessoa na sala ou tirando uma selfie, podemos aprender quais são os resultados e obter o ponto de dados ausente da nossa própria cor dos olhos.
Podemos encontrar um reflexo preciso o suficiente e aprender qual é a cor dos nossos olhos a partir desse eco de luz que estamos observando.

Para nossos próprios corpos, isso é bastante fácil. Existem muitos observadores externos confiáveis; a tecnologia da câmera é avançada, precisa e onipresente; superfícies reflexivas como espelhos, vidros ou mesmo corpos de água são abundantes. Quando não estamos isolados e vivemos em um mundo com as ferramentas certas, é uma observação fácil de fazer.

Quando você olha para o seu reflexo no espelho, essa é a maneira mais simples de determinar a cor dos seus olhos. Se nenhuma superfície reflexiva estivesse disponível e nenhuma câmera estivesse disponível. e ninguém mais poderia observá-lo, você nunca poderia inventar um método para saber a resposta. (PETE SOUZA / CASA BRANCA)

Mas e se as ferramentas certas não estivessem prontamente disponíveis para você? E se não houvesse mais ninguém fora de seu próprio corpo que você pudesse contatar e cujas observações você pudesse confiar? E se não houvesse reflexos do seu próprio rosto que você pudesse olhar e ver a si mesmo para determinar a cor dos seus olhos? E se não houvesse como tirar uma imagem indelével de si mesmo (por exemplo, uma fotografia), permitindo que você veja sua semelhança?

É um problema difícil. Estar incorporado em seu próprio corpo significa que não há uma boa maneira de fazer as observações críticas sem que o mundo exterior ao seu redor coopere. Bem, estar embutido na Via Láctea significa que mesmo nossas melhores visões de nossa própria galáxia doméstica de dentro dela têm limitações fundamentais. Podemos ser capazes de medir os movimentos e posições de bilhões de estrelas, mas ainda há muito que é obscuro.

Um mapa da densidade de estrelas na Via Láctea e no céu ao redor, mostrando claramente a Via Láctea, grandes e pequenas Nuvens de Magalhães e outros. Mas medir as estrelas da Via Láctea em si é um desafio, pois viver dentro da Via Láctea nos torna incapazes de ver todas as estrelas e seus movimentos dentro. Ao todo, a Via Láctea contém cerca de 200 a 400 bilhões de estrelas em sua extensão semelhante a um disco, com o Sol localizado a cerca de 25.000 anos-luz do centro. (ESA/GAIA)

Estar localizado no plano da Via Láctea, a 25.000 anos-luz do centro galáctico, significa que há uma série de coisas que não podemos ver opticamente.

A maioria das estrelas da galáxia, já que a poeira no plano da Via Láctea (ou outras estruturas, como nebulosas ou estrelas) a obscurece.
As formas em massa que são traçadas; ainda discutimos sobre o número e tamanho dos braços espirais, a presença ou ausência de esporas de braço, a idade e extensão da barra central, etc.
O número e a localização de supernovas recentes e remanescentes de supernovas, uma vez que o lado mais distante da galáxia não pode ser visto facilmente.
E os movimentos transversais das estrelas à medida que se movem pela galáxia; como estamos localizados nele, medir o movimento rotacional em massa em função do raio galáctico é um desafio.

Esta visão de quatro painéis mostra a região central da Via Láctea em quatro diferentes comprimentos de onda de luz, com os comprimentos de onda mais longos (submilimétricos) no topo, passando pelo infravermelho distante e próximo (2º e 3º) e terminando em uma visão de luz visível da Via Láctea. Observe que as faixas de poeira e as estrelas em primeiro plano obscurecem o centro na luz visível, mas não tanto no infravermelho. (ESO / ATLASGAL CONSORTIUM / NASA / GLIMPSE CONSORTIUM / VVV SURVEY / ESA / PLANCK / D. MINNITI / S. GUISARD AGRADECIMENTOS: IGNACIO TOLEDO, MARTIN KORNMESSER)

As visualizações de vários comprimentos de onda estão ajudando, pois a luz infravermelha de vários comprimentos de onda é mais transparente para a poeira, e observatórios de mapeamento do céu em grande escala, tanto terrestres quanto espaciais - particularmente a missão Gaia da ESA - estão nos ajudando a entender toda a extensão do impacto físico. propriedades da nossa galáxia.

Andrômeda, por outro lado, está muito próxima, a pouco mais de 2 milhões de anos-luz de distância. É a maior galáxia além da Via Láctea em termos de tamanho angular, ou a quantidade de espaço que ocupa no céu. Nós nos envolvemos em uma série de campanhas espetaculares de observação de Andrômeda, mais notavelmente PHAT: o Tesouro Pancromático Hubble de Andrômeda, que mediu e caracterizou as estrelas e a poeira em quase metade do nosso gigante vizinho cósmico.

Um mosaico das 117 milhões de estrelas resolvidas, além de muitas outras não resolvidas, no disco da galáxia de Andrômeda. Apenas uma parte da protuberância central foi fotografada, mas a densidade de estrelas nessa região é incomparável em qualquer outro lugar do Grupo Local. Essas medições ajudaram os cientistas a caracterizar as estrelas e a massa presentes na Galáxia de Andrômeda com maior precisão do que nunca. (NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON), THE PHAT TEAM, E R. GENDLER)

Quando colocamos essas duas galáxias uma contra a outra, comparando nossa Via Láctea com Andrômeda, descobrimos que existem algumas diferenças gritantes que sugerem que Andrômeda é a mais dominante das duas.

Quando contamos o número de estrelas, o Telescópio Espacial Spitzer (infravermelho) mostrou que Andrômeda tem aproximadamente 1 trilhão de estrelas dentro dela, em comparação com um número muito menor com incertezas muito maiores – entre 200 bilhões e 400 bilhões – para a Via Láctea.
Em termos de extensão física, o diâmetro do disco da Galáxia de Andrômeda é bem medido e abrange 220.000 anos-luz de diâmetro. Para comparação, há muito se pensa que o diâmetro do disco da Via Láctea é apenas cerca de metade disso: cerca de 100.000 anos-luz.
E em termos de estrelas presentes, as estrelas da galáxia de Andrômeda são muito mais antigas e sua taxa de formação de estrelas é muito menor: apenas cerca de 20 a 30% da Via Láctea.

Seis dos aglomerados estelares mais espetaculares de Andrômeda. A estrela vermelha brilhante na quinta imagem é na verdade uma estrela em primeiro plano na Via Láctea. Esses aglomerados de estrelas representam algumas das estrelas mais recentes encontradas pelo Tesouro Pancromático de Andrômeda do Hubble, permitindo-nos caracterizar as taxas de formação de estrelas e a história geral de Andrômeda. (NASA, ESA E Z. LEVAY (STSCI); CRÉDITO CIENTÍFICO: NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON) E PHAT TEAM)

Então você provavelmente pensaria que, se você medisse a massa dessas duas galáxias, descobriria que Andrômeda seria muito maior em massa do que a Via Láctea. Mas este não é o caso.

Veja bem, a melhor maneira de medir a massa galáctica é usando as estrelas e aglomerados globulares encontrados distribuídos longe do centro ou disco galáctico: no halo da galáxia. Fazer isso para uma galáxia como Andrômeda é fascinante e educativo, nos ensinando que o halo massivo se estende por aproximadamente um milhão de anos-luz em todas as direções e contém uma grande quantidade de massa nesse halo também, em termos de gás e escuridão. importam. Embora existam grandes incertezas, as estimativas de massa total da faixa de Andrômeda de cerca de 800 bilhões de massas solares até 1,5 trilhão de massas solares . Essas estimativas são tão diferentes porque são obtidas usando técnicas diferentes, o que representa um quebra-cabeça interessante no momento.

Este diagrama mostra como os cientistas determinaram o tamanho do halo da galáxia de Andrômeda: observando as características de absorção de quasares distantes, cuja luz passou ou não pelo halo ao redor de Andrômeda. Onde o halo está presente, seu gás absorve parte da luz do quasar e a escurece em uma faixa de comprimento de onda muito pequena. Ao medir a pequena queda no brilho nessa faixa específica, os cientistas poderiam dizer quanto gás existe entre nós e cada quasar. (NASA, ESA, E A. FEILD (STSCI))

Ao medir os movimentos de aglomerados globulares dentro de nossa própria Via Láctea, no entanto, não precisamos confiar apenas na medição radial (ao longo de nossa linha de visão), mas podemos obter a medida transversal (movendo-se perpendicularmente à nossa linha de visão). visão) movimentos também. Uma combinação de novos dados da missão Gaia e do Telescópio Espacial Hubble nos deu um total de 46 aglomerados globulares com distâncias que chegam a 130.000 anos-luz da Terra e foi capaz de determinar a massa da Via Láctea com mais precisão do que nunca.

O resultado?

Os dados do Gaia sozinhos indicam uma massa de 1,3 trilhão de massas solares, enquanto os dados combinados do Gaia/Hubble (onde o Hubble captura os aglomerados globulares mais distantes) produz uma massa de 1,54 trilhão de massas solares , com uma incerteza de menos de 100 bilhões de massas solares.

Um mapa dos aglomerados globulares mais próximos ao redor do centro da Via Láctea. Os aglomerados globulares mais próximos do centro galáctico têm um teor de metal maior do que os da periferia, mas medir os movimentos 3D desses aglomerados nos permite inferir quanta massa está presente, total, em toda a Via Láctea. (WILLIAM E. HARRIS / MCMASTER U., E LARRY MCNISH / RASC CALGARY)

Em outras palavras, embora as estrelas contem uma história diferente, a massa geral mostra que a Via Láctea é provavelmente tão massiva quanto as estimativas mais massivas para Andrômeda. Se as observações de rádio de Andrômeda estiverem corretas, nossa galáxia pode até ter quase duas vezes a massa de Andrômeda.

O que é ainda mais interessante é que outro estudo recente, publicado no ano passado com muito pouca fanfarra , indica que a extensão do disco da Via Láctea pode ser muito maior do que o estimado anteriormente: mais de 170.000 anos-luz de diâmetro, em vez de 100.000 anos-luz. Resumindo tudo, parece que a Via Láctea pode ser maior em extensão e mais massiva por natureza do que imaginávamos, enquanto Andrômeda pode ser mais difusa, espalhada e menos massiva do que suspeitávamos anteriormente.

Localizados do lado de fora da Ursa Maior, os objetos M81 e M82 têm sido frequentemente usados como analogia para Andrômeda e a Via Láctea. Embora Andrômeda ainda tenha mais estrelas, é possível que a Via Láctea seja quase tão grande, quase tão luminosa e até mais massiva. Mais dados são necessários para saber com certeza. (MARKUS SCHOPFER / C.C.-BY-2.5)

Por muito tempo, nossas observações de Andrômeda e da Via Láctea pareciam indicar que estávamos atrás de Andrômeda em praticamente todos os aspectos no que dizia respeito à nossa vizinhança local. Mas o que realmente está mudando é que nossas medições estão melhorando e estamos aprendendo o quão difícil é medir com precisão os valores de massa total, mesmo em nosso próprio quintal. Estamos entendendo e quantificando nossas incertezas e percebendo o quão significativas elas são.

Existem correntes estelares, interações gravitacionais antigas e recentes e condições iniciais desconhecidas e histórias passadas para cada galáxia em questão. Quando medimos essas estrelas e aglomerados, estamos apenas medindo velocidades, mas para entender a massa total, queremos medir acelerações, e é aí que reside a dificuldade. É muito possível que nossa Via Láctea seja tão ou mais massiva que Andrômeda. Como sempre, será preciso mais e melhor ciência para descobrir a resposta final.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .