O disco da Via Láctea nasceu espesso e levou 3 mil milhões de anos a achatar

A Via Láctea não começou como o disco fino e plano que vemos hoje. Idades precisas para as estrelas à volta do Sol mostram que o primeiro disco da galáxia foi uma camada espessa e turbulenta de gás e estrelas jovens, e que se achatou rapidamente antes de abrandar para um ritmo que ainda continua.

Isto responde a uma pergunta que os astrónomos debatem há quatro décadas: as estrelas velhas do disco espesso da Via Láctea nasceram acima do plano, ou nasceram planas e foram empurradas para cima mais tarde pelos braços espirais, nuvens de gás e a barra galáctica? As novas medições apontam claramente para a primeira resposta, pelo menos para a juventude da galáxia.

O resultado vem do ChronoGal, um projeto no Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), em Tenerife, que transforma dados do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia em idades estelares. O seu autor principal, David Mirabal, investigador pré-doutoral no IAC, chamou-lhe "a primeira evidência observacional clara a favor de um dos dois modelos para a fase inicial da Galáxia."

As duas fases são marcadamente diferentes. Na primeira, a altura típica das estrelas do disco acima do plano médio caiu de mais de 4100 anos-luz para cerca de 1600 anos-luz em aproximadamente 2 mil milhões de anos. Após um ponto de viragem há cerca de 10,85 mil milhões de anos, o afinamento abrandou por um fator de cerca de cinquenta, e as estrelas mais novas formam-se agora numa camada com cerca de 400 anos-luz de espessura.

Como as idades do Gaia transformaram uma discussão de 40 anos numa medição

O Gaia mediu as posições, movimentos e brilho de mais de mil milhões de estrelas, mas não atribui uma idade a nenhuma delas. O ChronoGal obtém idades estatisticamente. A equipa constrói um diagrama cor-magnitude, um gráfico de quão brilhante e quão azul ou vermelha é cada estrela, e ajusta-o com estrelas sintéticas de idade e química conhecidas a partir de modelos de evolução estelar. A melhor combinação diz-lhes quantas estrelas se formaram em cada idade e metalicidade.

O método atinge uma precisão de idade melhor que 5%, o que significa um erro de cerca de 500 milhões de anos, mesmo para estrelas com mais de 10 mil milhões de anos. Essa precisão é toda a história. Estudos anteriores agrupavam estrelas por química, como substituto da idade, e os grupos misturavam estrelas de idades muito diferentes, o que turvava exatamente as mudanças rápidas e iniciais que esta equipa procurava.

Os investigadores trabalharam em dois cilindros centrados no Sol: um com cerca de 815 anos-luz de raio para estrelas em órbitas frias e planas, e outro com cerca de 2450 anos-luz de raio para estrelas em órbitas mais quentes e inclinadas. Cortaram ambos em oito camadas até cerca de 3260 anos-luz acima e abaixo do plano, corrigiram para cada estrela perdida por poeira ou demasiado ténue para o Gaia, e agruparam os resultados em populações que partilham uma idade e uma metalicidade.

Para cada população mediram depois a escala de altura, um indicador padrão de quão acima do plano as suas estrelas se espalham antes de rarearem. Ao representar a escala de altura em função da idade, obtiveram duas linhas retas com uma curvatura acentuada entre elas. Um modelo ajustado aos dados colocou a curvatura há 10,85 mil milhões de anos, com uma margem de cerca de 130 milhões de anos.

Nasceu fofo, não foi sacudido

Duas ideias competiam. No modelo de aquecimento, as estrelas nascem sempre numa camada fina e fria e, ao longo de milhares de milhões de anos, os encontros com nuvens de gás, braços espirais e a barra aumentam as suas órbitas, pelo que as estrelas velhas estão mais altas simplesmente porque foram sacudidas durante mais tempo. No modelo invertido, o gás da jovem galáxia era ele próprio turbulento e espesso, pelo que as primeiras estrelas nasceram altas, e cada geração posterior formou-se numa camada mais calma e fina.

O aquecimento é lento e constante. Não consegue explicar facilmente um disco que perdeu mais de metade da sua espessura em cerca de 2 mil milhões de anos, especialmente numa galáxia jovem que ainda estava a engolir galáxias mais pequenas, o que deveria tê-la mantido quente. A última grande colisão, com uma galáxia anã conhecida como Gaia-Sausage-Enceladus, ocorreu há cerca de 10 mil milhões de anos, aproximadamente quando a fase rápida terminou. Os autores concluem que toda a fase turbulenta e invertida durou cerca de 3 mil milhões de anos.

A comparação torna a escala fácil de sentir. As populações mais velhas no estudo espalham-se mais alto do que a escala de altura habitual do disco espesso nos manuais, de cerca de 2900 anos-luz. O Sol, nascido há cerca de 4,6 mil milhões de anos, pertence à fase calma, quando a taxa de assentamento tinha caído para aproximadamente 120 anos-luz por mil milhões de anos. Nas palavras dos autores, as estrelas mais velhas e inchadas são "um fóssil estrutural da fase de montagem da Galáxia primitiva."

O padrão também corresponde a simulações cosmológicas. Modelos de galáxias semelhantes à Via Láctea, incluindo as simulações FIRE-2, preveem uma era inicial caótica e explosiva em que as estrelas nascem em órbitas desordenadas, seguida por um colapso rápido num disco fino em rotação. Um estudo separado este ano datou o momento em que a Via Láctea começou a rodar como um disco em cerca de 12 mil milhões de anos, com uma margem ampla, o que se encaixa no início do afinamento rápido.

O que as idades das estrelas não resolvem

A medição cobre apenas a vizinhança solar, alguns milhares de anos-luz à volta do Sol. A Via Láctea tem cerca de 100 000 anos-luz de diâmetro, e o disco interior e exterior podem ter assentado em cronogramas diferentes. Estrelas que migraram do interior da galáxia, que são invulgarmente ricas em metais, foram excluídas do ajuste porque não seguiriam a tendência local.

A fase inicial rápida baseia-se em poucos pontos. A incerteza na inclinação da idade antiga é grande: a taxa de assentamento na fase rápida pode ser cerca de 45% inferior ou 75% superior à melhor estimativa. Para as duas populações mais velhas, a equipa só pôde definir limites inferiores na escala de altura, e algumas populações na amostra mais quente tiveram de ser separadas manualmente, embora os autores relatem a mesma conclusão quando dividem os dados uniformemente.

O aquecimento também não foi descartado. Para a fase calma, o afinamento gradual ajusta-se igualmente bem a ambos os modelos. Simulações sugerem que os dois processos atuam em conjunto, com o aquecimento a contribuir com 30% a 40% do aumento global na escala de altura com a idade. E cada idade no estudo depende de modelos de evolução estelar, pelo que um erro sistemático nesses modelos deslocaria toda a linha temporal.

Perguntas comuns sobre os discos espesso e fino da Via Láctea

O que é o disco espesso da Via Láctea?

É uma camada mais fofa e mais velha de estrelas que se sobrepõe ao disco fino onde estão os braços espirais e a maioria das estrelas jovens. As suas estrelas são tipicamente mais velhas que cerca de 10 mil milhões de anos, mais pobres em metais e em órbitas mais inclinadas. O novo estudo sugere que se formou primeiro, a partir de gás turbulento, em vez de ter sido aquecido a partir do disco fino mais tarde.

Como é que os astrónomos medem a idade de uma estrela?

Para estrelas individuais é difícil, porque a cor e o brilho de uma estrela mudam lentamente ao longo de milhares de milhões de anos. O ChronoGal ajusta as cores e o brilho de grandes amostras de estrelas de uma só vez contra modelos estelares, o que dá idades com precisão melhor que 5% para populações inteiras, cerca de 500 milhões de anos para as mais velhas.

Qual é a espessura do disco da Via Láctea?

Depende da idade das estrelas. As estrelas mais novas formam-se numa camada cuja escala de altura é de cerca de 400 anos-luz, enquanto as populações mais velhas neste estudo atingem mais de 4100 anos-luz. A própria galáxia tem cerca de 100 000 anos-luz de diâmetro, pelo que mesmo o disco espesso é fino para a sua largura.

O que significa formação invertida?

Significa que o disco se formou de cima para baixo: as primeiras estrelas nasceram numa camada espessa e turbulenta de gás, e cada geração posterior formou-se numa camada mais fina e calma. A ideia oposta é que todas as estrelas nasceram finas e apenas se deslocaram para cima ao longo do tempo.

O que vem a seguir

O artigo foi publicado no The Astrophysical Journal Letters a 16 de outubro de 2026, e o IAC anunciou o resultado a 19 de outubro. O ChronoGal é financiado por uma Bolsa Avançada do Conselho Europeu de Investigação e já aplicou o mesmo método do Gaia à galáxia interior e às estrelas mais velhas do disco.

O próximo teste chega a 2 de dezembro de 2026, quando a ESA publicar o Gaia Data Release 4, cobrindo 5,5 anos de observações. Distâncias e movimentos mais precisos para estrelas mais distantes deverão permitir que as equipas verifiquem se a curvatura de há 10,85 mil milhões de anos aparece além da vizinhança do Sol, ou se a galáxia assentou num relógio diferente noutros locais.

Referência: Mirabal et al., “A Two-stage Settling of the Milky Way Disk Revealed by Precise ChronoGal Ages,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb0a3

Etiquetas: astronomia, ChronoGal, disco espesso, formação de galáxias, Gaia, idade das estrelas