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jan 15

A massa da Via Láctea foi refinada pelos cientistas que agora a estimam usando o que sabem, o que sabem parcialmente e o que está ainda incerto

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Esta impressão artística mostra o aspecto que a Via Láctea teria ao ser vista quase de lado e a partir de uma perspectiva muito diferente daquela a que estamos habituados a ver aqui da Terra. O bojo central aparece como uma bola brilhante com a forma um amendoim e os braços espirais e suas nuvens de poeira associadas formam uma banda estreita. Créditos: ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt

Trata-se de um enorme problema com ‘complexidade galáctica’, mas os cientistas agora estão mais perto de medir, com precisão, a efetiva massa da Via Láctea.

Na recente série de artigos que poderão ter implicações mais amplas para o campo da astronomia, a astrofísica Gwendolyn Eadie, da Universidade de McMaster, trabalhando com o seu supervisor de doutoramento William Harris e com um estatístico da Queen’s University, Aaron Springford, refinou o próprio método de Eadie e Harris para estimar a massa da nossa galáxia.

Uma resposta breve, usando o método refinado, é que a massa galáctica fica entre 4,0×1011 e 5,8×1011 vezes a massa do nosso Sol. Em outras palavras, trata-se da massa do nosso Sol multiplicada por 400 a 580 bilhões. Nosso Sol tem uma massa de 2×1030 kg, 330.000 vezes a massa da Terra. Esta estimativa da massa galáctica inclui matéria até 125 kpc (kiloparsecs) do centro da Via Láctea (125 kiloparsecs equivalem a quase 4×1018 quilômetros). Quando a estimativa da massa é alargada a região que abrange até 300 kiloparsecs, a massa fica em aproximadamente 9×1011 massas solares.

A medição da massa da nossa galáxia hospedeira (ou também de qualquer galáxia) é uma atividade particularmente difícil. Uma galáxia não inclui somente estrelas, planetas, luas, gases, poeiras e outros objetos e materiais, mas também uma grande quantidade de matéria escura, uma forma misteriosa e invisível de matéria que ainda não é bem compreendida e que não foi detectada diretamente em laboratório. No entanto, os astrônomos e cosmologistas podem inferir a presença da matéria escura através da sua influência gravitacional sobre objetos visíveis.

Gwendolyn Eadie, candidata de PhD em Física e Astronomia da Universidade de McMaster, tem estudado a massa da Via Láctea e o seu componente de matéria escura desde que começou a sua graduação. Ela usa as velocidades e posições de aglomerados globulares que orbitam a Via Láctea. As órbitas dos aglomerados globulares são determinadas pela gravidade da Galáxia, que é ditada pelo seu componente mais massivo: a matéria escura.

Anteriormente, Gwendolyn Eadie tinha desenvolvido uma técnica para usar as velocidades dos aglomerados globulares, mesmo quando os dados estavam incompletos.

A velocidade total de um aglomerado globular deve ser medida em duas direções: uma ao longo da nossa linha de visão e uma através do céu, o que denominamos por ‘movimento próprio’. Os investigadores ainda não mediram os movimentos próprios de todos os aglomerados globulares envolta da Via Láctea. Gwendolyn Eadie, no entanto, desenvolveu previamente uma maneira de usar essas velocidades que são apenas parcialmente conhecidas, além das velocidades que são plenamente conhecidas, para estimar a massa da Galáxia.

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Essa impressão artística exibe a estrutura da Via Láctea vista de fora com a inclusão da localização provável dos braços espirais e outros componentes importantes tais como o bojo central. Créditos: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt

Agora, Gwendolyn Eadie e sua equipe utilizaram um método estatístico chamado de análise hierárquica bayesiana que inclui não apenas dados completos e incompletos, mas também incorpora incertezas de medição em uma fórmula estatística extremamente complexa e mais completa. Para fazer o cálculo mais recente, os autores tiveram em conta o fato de que os dados são meramente medições das posições e velocidades dos aglomerados globulares e não necessariamente os valores verdadeiros. Eles tratam agora as posições e velocidades verdadeiras como parâmetros no modelo (o que significa acrescentar 572 novos parâmetros ao método existente).

Os métodos estatísticos bayesianos não são propriamente uma novidade, mas a sua aplicação à astronomia ainda está nos seus estágios iniciais. Gwendolyn Eadie acredita que a sua capacidade para acomodar a incerteza, enquanto ainda produzindo resultados significativos, abre muitas novas oportunidades nesse campo.

Gwendolyn Eadie declarou:

À medida que a era dos Grandes Dados (Big Data Era) se aproxima, eu julgo que é importante pensarmos cuidadosamente sobre os métodos estatísticos que usamos na análise de dados, especialmente em astronomia, onde os dados podem estar incompletos e ter vários graus de incerteza.

Gwendolyn Eadie explicou que as hierarquias bayesianas têm sido úteis em outros campos, mas que estão apenas começando a ser aplicadas na astronomia.

A pesquisa foi aceita para publicação no The Astrophysical Journal. Além disso Gwendolyn Eadie apresentou os seus resultados no dia 7 de janeiro de 2017 na 229ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Grapevine, Texas, EUA.

Fonte

Universidade McMaster: Scientists close in on the true mass of the Milky Way by calculating what they know, what they partially know and what is still uncertain

Artigo Científico

Bayesian Mass Estimates of the Milky Way: Including measurement uncertainties with hierarchical Bayes

._._.

1609.06304v2 – Bayesian Mass Estimates of the Milky Way – Including measurement uncertainties with hierarchical Bayes

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