As galáxias espirais – a milhões de anos-luz de distância da Terra – desde cedo fascinaram Iris Breda, investigadora do ao Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), doutorada e mestre em Astronomia pela Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP). “São incríveis. Para mim, são das coisas mais bonitas do Universo. Sempre me questionei como é que estas estruturas cósmicas, tão complexas, são criadas”, descreve, enquanto mostra um exemplo de uma NGC1566, no seu computador.
Foi esta paixão que a levou a tentar compreender a formação galáctica, trabalho que desenvolve há mais de 12 anos. Depois de uma passagem por Espanha e pela Áustria, regressa ao IA e à U.Porto, onde o seu percurso começou, com uma promissora ferramenta de programação.
A chave do sucesso de Iris está na conquista de uma bolsa Marie Curie que lhe abriu as portas do Departamento de Astrofísica da Universidade de Viena. Com acesso a supercomputadores, conseguiu, em dois anos, resultados que lhe valeram três publicações na prestigiada revista Astronomy and Astrophysics e também na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Para entender o potencial desta investigação, é fundamental explicar como é que se analisam galáxias tão distantes. O trabalho de Iris Breda parte de fotos e espectros captados por grandes telescópios espaciais e terrestres, como por exemplo o telescópio James Webb e o Very Large Telescope (VLT). É através da análise do espectro (luz emitida) das galáxias, que se consegue perceber a sua evolução no Universo. A luz diz muito sobre as estrelas: as azuis são as mais novas e as vermelhas, as mais antigas.
Galáxia espiral. NGC 1566. (Foto: DR)
“Cada ponto da galáxia fornece informação sobre a luz em diferentes comprimentos de onda (cores). É como um arco-íris. A partir desses espectros, conseguimos inferir propriedades das populações estelares — idade, composição química, velocidades, etc.”, explica.
Esta é uma análise que exige muita programação e um elevado poder computacional: “Para uma única galáxia, temos de processar um enorme número de espectros e, com estes supercomputadores, podemos agilizar este trabalho”.
No seu doutoramento, Iris Breda usou a técnica de fotometria de superfície, ou seja, analisou imagens de galáxias para separar e compreender como se formam os seus elementos principais – o bojo (região central) e o disco. E chegou a uma conclusão que a intrigou: “Sempre que usamos esta técnica, estamos a assumir que o máximo de massa e luz do disco está no centro da galáxia. Isso sempre me fez confusão. Fiz algumas experiências e, realmente, parecia não haver luz suficiente no disco que justifique o aumento exponencial até ao centro. A minha intuição estava certa.”
O trabalho de Iris envolve muita programação. (Foto: SIC.FCUP)
Do movimento das estrelas, aos “donuts” e simulações
Inspirada por estas questões, a investigadora apresentou a sua candidatura à Universidade de Viena. Queria aprender novas técnicas computacionais, pois “só assim conseguimos responder a questões fundamentais sobre a evolução galáctica”. Aprendeu sobre cinemática (movimento das estrelas) e modelação dinâmica (reconstruir como as estrelas se movem numa galáxia) e os principais resultados do seu trabalho foram recentemente publicados na revista Astronomy and Astrophysics, num artigo também assinado pelo docente da FCUP, Jarle Brinchmann.
“Um dos resultados mais interessantes foi a identificação de discos nucleares — estruturas rotativas no centro de algumas galáxias — e também casos onde existe o oposto, um “buraco” nessas componentes, ficando, pelo que vemos nas modelações, com um aspeto semelhante a um donut. Ainda não se sabe exatamente porque é que algumas galáxias têm essas estruturas e outras não”, descreve a investigadora.
Outra conclusão que surpreendeu os autores é o movimento, mais ordeiro, de estrelas mais jovens. “As mais novas, formadas nos braços em espiral, têm um movimento mais ordenado na mesma direção”, conta.
Para facilitar o trabalho dos astrofísicos, Íris criou o GLANCE, uma ferramenta que compila quatro técnicas — a fotometria, a síntese espectral, cinemática e modelação dinâmica — num único programa. “Desta forma, é possível uma análise mais consistente e eficiente das galáxias e uma compreensão cada vez mais rigorosa da sua evolução”.
O GLANCE, disponível em acesso aberto a toda a comunidade científica e oficialmente apresentado numa publicação na revista MNRAS, está atualmente a ser utilizado por Iris no IA para estudar os mistérios das galáxias de emissão extrema – conhecidas pela sua formação estelar extremamente ativa.
Ao mesmo tempo, a alumna da FCUP está a trabalhar com simulações cosmológicas (TNG50) que ajudam a validar os dados observacionais teóricos. “Estas simulações podem ajudar a explicar porque existem galáxias tão diferentes. São extremamente realistas e reproduzem muito bem as propriedades observadas, o que nos dá confiança”, realça. O objetivo é analisar a história de 350 galáxias espirais, selecionadas a partir de uma amostra de 2800.
Simulação de uma galáxia espiral de disco criada pelo projeto TNG50.
No futuro, a investigadora ambiciona desenvolver um módulo de machine learning para ajudar a interpretar toda a informação extraída pelo GLANCE. “Pode haver aspetos mais subtis que não conseguimos perceber só através de observações das galáxias e este módulo pode fazer a diferença”, realça. A sua ambição é trabalhar no Instituto de Astrofísica de Canarias, sob orientação de Marc Huertas-Company, investigador especializado em machine learning.
A paixão pelo Universo tem conduzido Iria, de descoberta em descoberta, e a investigadora espera que esta ferramenta permita agora estudar ainda mais galáxias e explicar a sua evolução. Para Iris Breda, tem sido um trabalho exigente, mas “recompensador” — uma “viagem linda” pelo mundo das estrelas.