Raios X de rajadas de raios gama redesenham os braços externos da Via Láctea

Astrónomos passaram décadas a cartografar a Via Láctea, mas a galáxia é tão vasta que, estando no seu interior, ninguém consegue ver a sua forma completa.

Por isso, as distâncias até aos seus braços espirais mais externos têm dependido em grande medida de modelos que descrevem a rotação da galáxia. Um novo estudo optou por medir essas distâncias de forma directa.

Os investigadores concluíram que dois dos braços espirais externos da Via Láctea estão mais longe da Terra do que indicavam mapas usados há muito tempo.

O trabalho apresenta, até à data, as medições mais precisas da orla distante da galáxia.

Ecos de explosões extremamente poderosas

Estudar a Via Láctea a partir de dentro é difícil. A Terra encontra-se bem no interior de um dos seus braços e densas nuvens de poeira cósmica bloqueiam a vista através do disco, deixando as margens externas da galáxia mal delimitadas.

A nova estratégia recorre às rajadas de raios gama, as explosões mais luminosas conhecidas. Em poucos segundos, cada evento liberta mais energia do que o Sol ao longo de toda a sua vida.

As três rajadas de raios gama analisadas neste estudo ocorreram em galáxias muito para lá da nossa.

Quando uma rajada acontece, os seus raios X atravessam o espaço e, a caminho dos nossos telescópios, passam pela Via Láctea.

Parte desses raios X atinge grãos de poeira nos braços espirais da galáxia e é dispersa, desviando-se ligeiramente da trajectória rectilínea.

Como os raios X dispersos percorrem um caminho mais longo, chegam com algum atraso e parecem deslocados em relação à rajada. Com o tempo, esse desvio desenha um anel brilhante que se expande para fora em torno da posição aparente da explosão.

Uma solução geométrica

A velocidade a que cada anel se alarga depende apenas da distância a que está a poeira que dispersa a luz, transformando a medição numa questão de geometria pura.

Foi isso que chamou a atenção da Dra. Beatrice Vaia, astrofísica do Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), em Itália.

“Este é um método muito directo, baseado apenas na geometria, para medir com precisão as distâncias aos braços espirais da Via Láctea”, afirmou a Dra. Vaia.

Como explicou, as técnicas mais antigas apoiam-se em pressupostos sobre a rotação da galáxia que se tornam cada vez mais frágeis à medida que se avança para as suas periferias.

Até ao limite da galáxia

A equipa recorreu a dados de arquivo do XMM-Newton, da Agência Espacial Europeia, e do Chandra, da NASA - dois observatórios de raios X que acompanharam três rajadas próximas do plano da nossa galáxia.

Uma imagem da rajada mais brilhante alguma vez registada, de 2022, revelava um conjunto de anéis gerados por nuvens de poeira distribuídas ao longo de dezenas de milhares de anos-luz.

Ao interpretar esses anéis, o grupo conseguiu posicionar o braço mais externo conhecido da galáxia, o Braço Externo Scutum-Centaurus, a cerca de 62 000 anos-luz da Terra.

A incerteza desta medição é de aproximadamente um por cento, um nível de precisão que os métodos anteriores não conseguiam alcançar a distâncias tão grandes.

A única distância directa anterior para esse braço tinha sido obtida a partir de uma única medição numa região de formação estelar, que o colocava perto de 66 000 anos-luz, mas com uma incerteza cerca de dez vezes maior.

Redesenhar o mapa

O novo valor reduz essa incerteza em aproximadamente dez vezes e traz o braço para mais perto.

Na mesma análise, os investigadores confirmaram a distância ao Braço de Perseu, uma estrutura mais próxima cuja posição já era bem estabelecida.

Essa concordância mostrou que o método dos anéis estava a funcionar. No entanto, dois outros braços não apareciam onde os mapas diziam que deveriam estar.

O Braço Exterior e o braço mais externo surgiram, ambos, mais afastados do que previam as cartas baseadas na rotação da galáxia - por uma margem que pode chegar a dez por cento.

Ir além dos modelos de rotação

A maior parte das distâncias até às regiões mais longínquas da Via Láctea é obtida medindo a forma como as nuvens de gás se movem.

Os astrónomos estimam a distância a uma nuvem medindo a sua velocidade e comparando-a com modelos da rotação da Via Láctea.

Esse tipo de modelo tem um ponto fraco. Na galáxia exterior, onde a matéria escura domina e há poucos marcos observacionais, a sua fiabilidade diminui. O método dos anéis contorna esse passo.

Como a distância é inferida directamente a partir da geometria da luz dispersa, o procedimento não depende de modelos de como a Via Láctea roda.

E mantém-se rigoroso até ao bordo externo da galáxia, precisamente onde as abordagens tradicionais se tornam menos robustas.

Os difíceis braços externos

Os braços mais externos resistem à cartografia há muito tempo. O braço mais externo só foi identificado em 2011, num levantamento de gás de monóxido de carbono, porque está inclinado bastante acima do plano relativamente achatado onde normalmente se fazem estes levantamentos.

Até o número de braços da galáxia permaneceu em aberto até, recentemente, dados de mapeamento estelar apontarem para quatro.

Essa inclinação fica evidente nos dados. A poeira responsável pelo anel mais distante encontra-se cerca de 4 600 anos-luz acima do plano plano da galáxia.

Isto ajuda a explicar por que razão a intensa rajada de 2022 - alvo do trabalho anterior da equipa sobre os seus raios X dispersos - conseguiu alcançá-la.

Um retrato mais nítido da Via Láctea

O resultado é um mapa mais definido da localização dos braços externos. O estudo substitui uma estimativa grosseira por uma distância fixada a apenas algumas centenas de anos-luz.

Os modelos baseados na rotação colocavam os braços externos demasiado perto. Os anéis de raios X mostraram que, na realidade, estão mais longe.

Essa discrepância sugere que algo não está correcto na forma como se assume o movimento do disco exterior, onde a matéria escura domina a atracção gravitacional da galáxia.

Ajustar estas distâncias ajudará os astrónomos a estimar melhor a massa da Via Láctea e a delinear a forma das suas regiões externas mais ténues.

Uma rajada de raios gama tão brilhante como a observada em 2022 pode não voltar a acontecer durante anos.

Ainda assim, os observatórios de raios X da próxima geração deverão conseguir detectar ecos mais fracos vindos de muitas outras direcções, prolongando este método para mais fundo nas regiões externas da galáxia.