The Elements of Life Mapped Across the Milky Way by SDSS/APOGEE

Para dizer “somos poeira estelar” pode ser um cliché, mas é um facto inegável que a maioria dos elementos essenciais da vida são feitos em estrelas.

“Pela primeira vez, podemos agora estudar a distribuição de elementos pela nossa Galáxia”, diz Sten Hasselquist da Universidade do Estado do Novo México. “Os elementos que medimos incluem os átomos que constituem 97% da massa do corpo humano”

Os novos resultados vêm de um catálogo de mais de 150.000 estrelas; para cada estrela, inclui a quantidade de cada um de quase duas dúzias de elementos químicos. O novo catálogo inclui todos os chamados “elementos CHNOPS” – carbono, hidrogénio, azoto, oxigénio, fósforo e enxofre – conhecidos por serem os blocos de construção de toda a vida na Terra. Esta é a primeira vez que são feitas medições de todos os elementos CHNOPS para um número tão grande de estrelas.

Como sabemos quanto de cada elemento contém uma estrela? Claro que os astrónomos não podem visitar estrelas para colher uma amostra daquilo de que são feitas, por isso usam uma técnica chamada espectroscopia para fazer estas medições. Esta técnica divide a luz – neste caso, a luz de estrelas distantes – em arco-íris detalhados (chamados espectros). Podemos calcular quanto de cada elemento contém uma estrela medindo as profundidades das manchas escuras e brilhantes nos espectros causados por diferentes elementos.

Astrónomos no Sloan Digital Sky Survey fizeram estas observações usando o espectrógrafo APOGEE (Experiência de Evolução Galáctica do Observatório Apache Point) no telescópio da Fundação Sloan de 2,5m no Observatório Apache Point no Novo México. Este instrumento recolhe a luz na parte quase infravermelha do espectro electromagnético e dispersa-a, como um prisma, para revelar assinaturas de diferentes elementos nas atmosferas das estrelas. Uma fracção das quase 200.000 estrelas pesquisadas pela APOGEE sobrepõe-se à amostra de estrelas visadas pela missão Kepler da NASA, que foi concebida para encontrar planetas potencialmente semelhantes à Terra. O trabalho hoje apresentado centra-se em noventa estrelas Kepler que mostram evidências de acolher planetas rochosos, e que também foram inquiridas pela APOGEE.

Enquanto que o Sloan Digital Sky Survey pode ser mais conhecido pelas suas belas imagens públicas do céu, desde 2008 tem sido inteiramente um levantamento espectroscópico. As actuais medições de química estelar utilizam um espectrógrafo que detecta a luz infravermelha – o espectrógrafo APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), montado no telescópio Sloan Foundation de 2,5 metros no Apache Point Observatory no Novo México.

Jon Holtzman da Universidade do Estado do Novo México explica que “ao trabalhar na parte infravermelha do espectro, o APOGEE pode ver estrelas através de muito mais da Via Láctea do que se estivesse a tentar observar à luz visível. A luz infravermelha passa através da poeira interestelar, e APOGEE ajuda-nos a observar uma vasta gama de comprimentos de onda em detalhe, para que possamos medir os padrões criados por dezenas de elementos diferentes”.

O novo catálogo já está a ajudar os astrónomos a obter uma nova compreensão da história e estrutura da nossa Galáxia, mas o catálogo também demonstra uma clara ligação humana com os céus. Como disse o famoso astrónomo Carl Sagan, “somos feitos de matéria estelar”. Muitos dos átomos que compõem o seu corpo foram criados algures no passado distante dentro das estrelas, e esses átomos fizeram longas viagens desde essas antigas estrelas até si.

Embora os humanos sejam 65% de oxigénio em massa, o oxigénio constitui menos de 1% da massa de todos os elementos no espaço. As estrelas são maioritariamente hidrogénio, mas pequenas quantidades de elementos mais pesados, como o oxigénio, podem ser detectadas nos espectros das estrelas. Com estes novos resultados, APOGEE encontrou mais destes elementos mais pesados no interior da Galáxia. As estrelas na galáxia interior são também mais antigas, pelo que isto significa que mais elementos da vida foram sintetizados mais cedo nas partes interiores da Galáxia do que nas partes exteriores.

Embora seja divertido especular o impacto que a composição da galáxia interior pode ter no local onde a vida surge, estamos muito melhor a compreender a formação de estrelas na nossa Galáxia. Como os processos que produzem cada elemento ocorrem em tipos específicos de estrelas e prosseguem a ritmos diferentes, deixam assinaturas específicas nos padrões de abundância química medidos pelo SDSS/APOGEE. Isto significa que o novo catálogo de abundância elementar do SDSS/APOGEE fornece dados para comparar com as previsões feitas por modelos de formação de galáxias.

Jon Bird da Universidade de Vanderbilt, que trabalha na modelação da Via Láctea, explica que “estes dados serão úteis para fazer progressos na compreensão da evolução galáctica, uma vez que estão a ser feitas simulações cada vez mais detalhadas da formação da nossa galáxia, requerendo dados mais complexos para comparação”.

“É uma história de grande interesse humano que agora somos capazes de mapear a abundância de todos os principais elementos encontrados no corpo humano através de centenas de milhares de estrelas na nossa Via Láctea”, disse Jennifer Johnson da The Ohio State University. “Isto permite-nos colocar restrições sobre quando e onde na nossa galáxia a vida tinha os elementos necessários para evoluir, uma espécie de ‘zona habitável galáctica temporal'”.

O catálogo de abundâncias químicas a partir das quais estes mapas foram gerados foi divulgado publicamente como parte do Décimo Terceiro Lançamento de Dados do SDSS, e está disponível gratuitamente online para qualquer pessoa em www.sdss.org.

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