no Último mês de abril, Amina Helmi senti arrepios enquanto estiver dirigindo para o trabalho, no norte da Holanda. Não teve nada a ver com o tempo — foi pura antecipação. Poucos dias antes, uma inundação de dados tinha sido liberada de Gaia, uma missão da Agência Espacial Europeia (ESA) que tem mapeado a Via Láctea por cinco anos., A Universidade de Groningen astronomer e sua equipe estavam correndo para procurar informações sobre a galáxia antes que outros chegassem lá primeiro. trabalhando em fast-forward, incapaz de dormir com a excitação, Helmi e seus colegas sentiram que estavam em alguma coisa. A equipe tinha visto um conjunto de 30.000 estrelas renegadas. Ao contrário de outros objetos no corpo principal da Via Láctea, que orbitam em uma forma relativamente plana de disco, esses não-conformistas estavam se movendo para trás, em órbitas que estavam levando-os para fora do plano galáctico., em semanas, a equipe havia trabalhado para que a Horda luminosa apontasse para um capítulo longo e especialmente tumultuoso na história da Via Láctea: um esmagamento entre a galáxia jovem e uma companhia colossal1. Essa besta uma vez circulou a Via Láctea como um planeta em torno de uma estrela, mas cerca de 8 bilhões a 11 bilhões de anos atrás, os dois colidiram, alterando maciçamente o disco galáctico e espalhando Estrelas de longe. É o último grande acidente conhecido que a galáxia experimentou antes de assumir a forma espiral familiar visto hoje., embora o sinal desse acidente antigo estivesse escondido à vista de milhares de milhões de anos, foi apenas através do conjunto de dados de Gaia que os astrônomos foram finalmente capazes de detectá-lo. “É simplesmente incrível ter sido capaz de encontrar um marco tão importante na história da Via Láctea”, diz Helmi. tais descobertas monumentais estão se tornando quase comuns graças a Gaia. A missão visa catalogar mais de 1 bilhão de estrelas locais, mapeando seu brilho, temperaturas, idades, locais e velocidades., São essas duas últimas propriedades que são particularmente edificantes para os astrônomos: antes de Gaia, os cientistas não tinham medições de alta precisão da distância a muitas estrelas, bem como o que é conhecido como movimento próprio, ou o movimento de uma estrela através do céu. Usando esta informação crucial, pesquisadores podem — como Helmi e seus colegas fizeram-caçar grupos de objetos que viajam juntos em trajetórias coordenadas que apontam para uma história comum., Velocidades estelares também podem ajudar os astrônomos a rastrear a influência da matéria escura — a substância invisível e ainda misteriosa que constitui a maior parte da massa da galáxia e dobra os caminhos das estrelas com sua gravidade.centenas de artigos foram publicados desde a liberação de dados de Gaia em abril de 2018. Eles pintam um quadro de uma Via Láctea que é muito mais dinâmica e complexa do que anteriormente imaginado. A galáxia está cheia de surpresas, incluindo dicas de aglomerados de matéria escura que podem eventualmente dar aos cientistas uma melhor compreensão das propriedades do material sombrio., As descobertas iniciais e fáceis de detectar já foram transformacionais, diz O astrônomo Vasily Belokurov na Universidade de Cambridge, Reino Unido, e ainda assim eles são apenas um vislumbre do que está para vir: “como vemos a Via Láctea mudou claramente.”

um passado perturbador

o sistema Solar situa-se nos arredores da Via Láctea, a cerca de 8.000 parsecs (26.000 anos-luz) do Centro Galáctico, num braço espiral secundário conhecido como Orion. É a partir deste poleiro, olhando para a enorme banda estrelada que se estende através do céu noturno, que os astrônomos devem mapear a estrutura da galáxia., Em meados do século XX, eles tinham pintado uma imagem de escova larga, determinando que as estrelas da Via Láctea são distribuídas em uma protuberância central, envolto por braços estelares serpentinos e cercados por um halo esférico fino. Nas décadas de 1970 e 1980, pesquisadores deduziram como essa estrutura havia se construído ao longo de bilhões de anos, começando com uma vasta nuvem de matéria escura, gás e poeira. Os componentes visíveis colapsaram numa estrutura semelhante a um disco, que depois se acumulou devorando galáxias satélites menores., Astrônomos mais tarde preencheram os detalhes usando telescópios terrestres para fotografar repetidamente todo o céu noturno. Tais pesquisas permitiram que os cientistas observassem mais de perto objetos galácticos em grande escala, como o halo estelar, onde encontraram restos de pequenas galáxias que haviam sido esticados em fluxos de detritos de estrelas.

mas pesquisas no solo dão aos astrônomos pouca informação sobre a estrutura da Via Láctea, principalmente porque o desfocamento da atmosfera turbulenta da Terra limita a precisão com que as distâncias para as estrelas podem ser determinadas., E embora a velocidade a que as estrelas se movem para ou para longe da terra possa ser medida por mudanças de cor, separando o seu próprio movimento — e assim a sua velocidade 3D completa — é difícil porque a maioria dos objetos se movem tão pouco através do céu em escalas de tempo humanas. Esse problema tem obscurecido as relações entre muitas estrelas — ligações que podem ser reveladas por semelhanças em seus movimentos.a missão Gaia, que foi aprovada em 2000 e lançada 13 anos depois, foi projetada para preencher essas lacunas., Orbitando o sol um pouco mais longe do que a terra, a espaçonave tira as mesmas Estrelas de diferentes posições em sua órbita. Isso permite aos astrônomos medir a distância através de uma quantidade conhecida como paralaxe estelar — mudanças infinitesimais na posição aparente de um objeto no céu que acompanham uma mudança de perspectiva. O satélite Hipparcos da ESA, que operou entre 1989 e 1993, reuniu dados similares de paralaxe. Mas a precisão de Gaia será 100 vezes maior., E graças à sua sensibilidade, ele pode sondar mais profundamente na galáxia: cerca de 99% das mais de 1 bilhão de estrelas que observa nunca tiveram suas distâncias determinadas com precisão. em um empreendimento computacionalmente intensivo, pesquisadores de Gaia construíram um gráfico da localização de cada estrela em relação a todas as outras estrelas que o telescópio vê. Isso permitiu que a equipe medisse o quão rápido as estrelas parecem viajar através do céu — seu próprio movimento., Então, medindo pequenas mudanças na cor das estrelas, os astrônomos podem obter uma indicação de quão rapidamente os objetos estão se movendo para ou para longe do satélite, ao longo de sua linha de visão. A combinação das duas medidas, mais as distâncias calculadas a partir de Gaia, fornece o movimento 3D completo das estrelas. Gaia pode medir o movimento da linha de visão para as estrelas mais brilhantes que vê, mas telescópios terrestres ajudarão a medir as estrelas restantes. Saber onde cada estrela está e para onde vai permite aos investigadores tirarem rapidamente a história oculta da Via Láctea.,tal foi o caso da antiga colisão investigada por Helmi e seus colegas (ver “fusão nos estágios iniciais da nossa galáxia”). Em seu trabalho, a evidência de que a coorte de estrelas que eles avistaram compartilhavam uma origem comum foi reforçada por dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), baseado no solo, no Novo México, que mostrou que os membros do conjunto todos tinham uma composição química similar. A equipe escolheu o nome Gaia-Enceladus para a galáxia anã que se acredita ter sido a casa das estrelas. Encélado era um gigante que descendia de Gaia na mitologia grega.,

À medida que aconteceu, Belokurov e seus colegas também encontraram evidências da colisão, usando informações do lançamento preliminar de dados de Gaia em 2016. Esses dados não incluíam leituras de movimento próprio, mas comparando as posições estelares naquele conjunto de dados com as observações do SDSS feitas há cerca de uma década, a equipe pôde ver como as estrelas haviam se movido no tempo intermediário. Eles notaram um grupo de objetos viajando juntos em órbitas excêntricas que deveriam eventualmente levá-los do centro da galáxia para os arredores., Estes pareciam ter se originado de um único grande acidente, sua história compartilhada aparente por causa das semelhanças no conteúdo de metal. Como as velocidades traçadas formavam uma forma de salsicha, a equipa apelidou a antiga galáxia anã que já foi a casa das estrelas, a Gaia Sausage2.

A dupla nomeação levou a alguma confusão na comunidade. Mas seja qual for o nome do culpado, a antiga fusão pode ser uma pista para um mistério permanente da Via Láctea., O disco da galáxia tem dois componentes – um fino disco interno contendo gás, poeira e estrelas jovens se senta como o enchimento de um Oreo, dentro de um disco externo grosso que consiste quase inteiramente de estrelas mais velhas. Astrônomos têm debatido se o disco grosso surgiu primeiro, com gás e poeira então condensando-se para formar um núcleo mais fino, ou se a estrutura começou com um disco fino que foi então parcialmente inchado., Como a salsicha de Gaia-Enceladus era uma fração significativa do tamanho da Via Láctea durante o acidente, ela teria depositado uma grande quantidade de energia no disco galáctico, aquecendo-o e expandindo-o. O grupo de Helmi vê isso como uma marca em favor do cenário de sopro, e evidência de uma distorção dramática para a Via Láctea.

explosão de Conhecimento

a velocidade a que tais insights anteriormente difíceis podem ser feitos usando dados de Gaia tem espantado os pesquisadores., O astrônomo Kathryn, Johnston, da Universidade de Columbia, em Nova York, lembra o buzz sobre um artigo postado dia após o abril de lançamento de dados, mostrando como os movimentos de cerca de 6 milhões de estrelas perto do Sol estão alinhados em uma peculiar a espiral de padrão semelhante a um caracol shell3. o padrão parecia ser uma impressão digital, diz Johnston, carimbada por uma pequena galáxia satélite conhecida como Sagitário. Cada vez que Sagitário se aproxima, perturba gravitacionalmente as estrelas galácticas, e isso deve gerar oscilações e ondulações no disco., Pesquisadores já haviam conjecturado sobre tais impressões, mas a assinatura nos dados de Gaia parecia ser o primeiro sinal claro e convincente da influência de Sagitário. “Para mim foi um momento deslumbrante”, diz Johnston. “A espiral estava tão limpa. Parecia uma previsão teórica de uma simulação idealizada, Não uma trama de dados reais.graças aos olhos de Gaia, tais perturbações não estão apenas se destacando, eles também estão contando uma história diferente sobre o passado da Via Láctea., Anteriormente, a maioria dos astrônomos presumia que, enquanto o halo exterior da galáxia sofreu uma história caótica de colisional com satélites menores, a maior parte viveu uma vida bastante tranquila. Características como os braços espirais e uma barra de estrelas que se pensa atravessar a protuberância central foram geralmente tratadas como produtos da dinâmica interna da Via Láctea. Mas as oscilações que parecem ser induzidas por Sagitário sugerem que as forças externas têm uma maior influência sobre a forma da Via Láctea do que era anteriormente reconhecido., Gaia está forçando pesquisadores a dar uma segunda olhada em algumas das suposições canônicas que são usadas para simplificar os modelos, diz o astrofísico Adrian Price-Whelan da Universidade de Princeton, em Nova Jersey. “Sabíamos que essas suposições estavam erradas”, acrescenta. “Gaia mostrou – nos agora como estavam errados.”

plotando o lado escuro

mapeando os objetos luminosos da Via Láctea também pode lançar luz sobre a matéria escura, que pode constituir até 90% da massa da galáxia., Os teóricos suspeitam que a nossa galáxia está dentro de um halo enorme, aproximadamente esférico, de matéria negra que, tal como a matéria comum, se juntou em estruturas mais pequenas graças à gravidade. Simulações cosmológicas sugerem que milhares de grandes aglomerados de matéria escura orbitam a galáxia, ocasionalmente sendo consumidos por uma massa de matéria escura no centro, em um processo semelhante ao consumo da Via Láctea de seus pequenos satélites visíveis. acredita-se que a grande maioria das subestruturas de matéria escura contém poucas ou nenhumas estrelas, tornando-as difíceis de detectar., Mas Gaia pode ter encontrado uma pista em GD-1, uma longa corrente de estrelas descoberta em 2006 que se estende por metade do céu do Norte. Este fluxo estelar não é estranho ao escrutínio, mas Gaia permitiu que Price-Whelan e a astrônoma Ana Bonaca no Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts, escolhessem com mais confiança os verdadeiros membros do group4. Em novembro passado, eles e outros dois colegas identificaram características estruturais, incluindo uma lacuna distinta, que podem ser as cicatrizes de um encontro com um objeto massivo cerca de 500 milhões de anos atrás5., Como o putativo perturbador passou pela corrente, ele pode ter separado o trem de estrelas por gravitacionalmente puxar alguns, permitindo-lhes puxar à frente de seus companheiros.

O culpado mais provável parece ser um aglomerado denso de matéria escura, provavelmente em algum lugar entre 1 milhão e 100 milhões de vezes a massa do sol, diz Bonaca. Essa estimativa pode ter implicações para modelos físicos de matéria escura. A massa de uma partícula de matéria escura ajuda a ditar quão rápido ela pode se mover e, por sua vez, o tamanho dos aglomerados que ela é suscetível de se formar., O tamanho do GD-1 perturber está em uma faixa interessante, diz Bonaca, que poderia eliminar candidatos hipotéticos de matéria escura que são relativamente baixos em massa.Bonaca e sua equipe estão agora interessados em usar dados de Gaia para determinar as velocidades das estrelas perturbadas no fluxo, o que pode apontar para a órbita do putativo aglomerado de matéria escura. Se eles podem determinar onde ele pode ser encontrado hoje, eles podem ser capazes de detectar seus efeitos gravitacionais em outro material., Ou talvez eles pudessem treinar telescópios de raios γ no local para procurar evidências de partículas de matéria escura aniquilando-se uns aos outros ou decadentes, processos que poderiam emitir fótons energéticos. Qualquer técnica poderia oferecer uma sonda mais direta das propriedades físicas da substância invisível.

no entanto Price-Whelan diz que é difícil inferir demasiado de um único exemplo., Ele espera que estudos sistemáticos usando o catálogo de Gaia e futuros observatórios-como o grande telescópio de pesquisa sinóptica baseado no solo no Chile, que deverá começar a recolher dados no início da década de 2020 — revelem estrelas mais fracas e outras correntes estelares. Se alguns desses córregos também mostram efeitos de encontros com aglomerados de matéria escura, eles poderiam dar aos astrônomos uma melhor idéia da Abundância e do tamanho desses aglomerados, o que ajudaria a determinar as propriedades da matéria escura., os astrônomos esperam que os dados de Gaia sobre os movimentos estelares também os ajudem a mapear a forma geral do lado negro da galáxia. Dependendo do tipo de partícula a partir da qual é construída, o halo de matéria escura da Via Láctea pode ter diferentes níveis de esférica ou simetria. Belokurov espera que a informação de Gaia sobre órbitas estelares locais será suficiente para traçar a massa e forma geral do halo de matéria escura nos próximos 2-4 anos. estas observações não se limitarão à Via Láctea., As conclusões retiradas sobre a história da galáxia e a distribuição de matéria negra irão alimentar-se de volta em modelos cosmológicos que são usados para explorar como as grandes estruturas do universo cresceram e mudaram. Gaia já recebeu sua primeira extensão de missão até o final de 2020, e o astrônomo Anthony Brown da Universidade de Leiden, na Holanda, que preside o consórcio de processamento de dados e análise da missão, pensa que o satélite pode continuar a recolher dados até 2024, para uma missão de dez anos no total., Ele diz que esta extensão deve fornecer um fator de três melhorias na precisão da medição de Gaia do movimento adequado para as estrelas que atualmente segue. E poderia fornecer informações sobre estrelas cada vez mais distantes. o legado final de Gaia ainda não foi escrito, mas todas as indicações sugerem que será substancial. Os dados de pesquisas de todos os céus, como as realizadas pelos SDSS, continuam a fornecer descobertas frutíferas sobre o universo uma década ou mais depois de terem sido concluídas., Helmi está ansioso para rebobinar ainda mais a história da Via Láctea enquanto o catálogo de Gaia fica maior e mais detalhado. “Uma das coisas que eu acho mais empolgante, “ela diz,” é que nós começamos realmente a investigar o passado.”