O IAC participa em novas escalas para medir a composição química das galáxias

Uma equipa internacional, da qual participa pessoal investigador do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), desenvolveu uma nova geração de calibrações que permitem estimar a composição química (metalicidade) tanto das galáxias próximas como das mais distantes e antigas do Universo observadas pelo telescópio espacial James Webb. O estudo baseia-se na análise da maior coleção de observações espectroscópicas de alta qualidade reunida até à data, resultado de mais de uma década de trabalho de compilação e análise.

A metalicidade como registo fóssil da evolução galáctica

Para compreender a origem e a evolução das galáxias, estuda-se a composição química através do espectro das nuvens de gás ionizado que estas contêm, conhecidas como regiões HII. A emissão destas nebulosas provém da excitação produzida pela luz ultravioleta das estrelas massivas recém-formadas no seu interior. As regiões HII, como qualquer outro objeto cósmico, contêm diferentes elementos químicos sintetizados por gerações anteriores de estrelas e libertados para o espaço no final das suas vidas. Por isso, a metalicidade de uma galáxia constitui uma espécie de registo fóssil da sua evolução ao longo do tempo: quanto maior a metalicidade que apresenta, maior foi o processamento do gás por gerações anteriores de estrelas, o que permite reconstruir a história da formação e evolução das galáxias ao longo da história cósmica.

Mas determinar a composição química de uma região HII a partir do seu espectro não é um processo simples. Requer conhecer com precisão a densidade e a temperatura do gás, bem como as características da radiação que recebe das estrelas. Para medir essas propriedades são necessárias observações de alta qualidade, com longos tempos de exposição em alguns dos maiores telescópios do mundo, capazes até de detetar a emissão das nebulosas em galáxias ténues e distantes.

27 calibrações baseadas na base de dados DESIRED

A equipa de investigação, liderada por Fabián F. Rosales-Ortega (INAOE, México), utilizou a base de dados DESIRED (DEep Spectra of Ionized REgions Database), uma coleção construída ao longo de mais de dez anos que reúne observações espectroscópicas óticas de alta qualidade de nebulosas ionizadas, tanto da nossa Via Láctea como de outras galáxias do Universo.

No total, o estudo utilizou quase 2.392 observações, uma quantidade de informação sem precedentes para este tipo de análise. “Podemos rever os métodos utilizados para medir a composição química das galáxias com uma base muito mais sólida do que até agora”, afirma Rosales-Ortega, primeiro autor do artigo.

Com este conjunto de dados e recalculando todos os parâmetros necessários de forma homogénea, o pessoal investigador obteve novas formulações para as 23 escalas ou calibrações que têm sido historicamente utilizadas para estimar a metalicidade das galáxias quando não é possível determinar a temperatura do gás a partir do seu espectro. A metalicidade é expressa através da abundância de oxigénio, isto é, a razão entre o número de partículas deste elemento e o de hidrogénio.

Estas calibrações são construídas a partir da intensidade das linhas espectrais mais brilhantes das regiões HII, razão pela qual se denominam “métodos de linhas fortes” e utilizam diferentes combinações de linhas de oxigénio, azoto, enxofre, árgon e néon. Além disso, o estudo incorpora quatro métodos novos que não tinham sido calibrados empiricamente. No total, apresenta formulações para 27 calibrações baseadas em observações de alta qualidade, que alargam a gama de condições físicas em que podem ser aplicadas e constituem uma das referências empíricas mais completas e robustas atualmente disponíveis para estimar a metalicidade das galáxias.

“Estas calibrações são imprescindíveis em galáxias distantes, onde as linhas fracas não são detetadas, e a utilização de uma amostra tão ampla e de tão elevada qualidade aumenta a fiabilidade das metalicidades derivadas”, explica Jorge García-Rojas, investigador do IAC e coautor do artigo.

O impacto das flutuações de temperatura

Existe, além disso, um problema fundamental que afeta há décadas a determinação da composição química das nebulosas: as flutuações de temperatura no seu interior podem introduzir enviesamentos no cálculo das abundâncias químicas.

Neste novo trabalho, formulam-se pela primeira vez as calibrações dos métodos de linhas fortes sob dois cenários físicos diferentes: um tradicional, que pressupõe uma temperatura homogénea nos objetos, e outro que tem em conta as flutuações de temperatura. Ao incluí-las, as metalicidades são, em média, cerca de 35 % superiores às obtidas com os métodos tradicionais. Este resultado fornece uma medida quantitativa do efeito que a estrutura térmica do gás tem sobre as estimativas de metalicidade.

“Incluir o efeito das flutuações de temperatura é uma novidade neste tipo de estudos e agora podemos saber como a escala de metalicidades muda consoante o cenário adotado”, assinala César Esteban, professor associado da Universidad de La Laguna, investigador do IAC e coautor do artigo.

Aplicação ao Universo primordial e publicação

A equipa de investigação também testou as novas escalas propostas com dados espectrais das galáxias mais distantes conhecidas, formadas apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang e reveladas graças ao telescópio espacial James Webb (JWST). A análise mostra que muitas das calibrações construídas a partir de galáxias do Universo próximo podem fornecer estimativas fiáveis também no Universo primordial, a grandes distâncias cosmológicas. As diferenças que surgem em alguns casos podem ser explicadas pela maior intensidade dos campos de radiação ultravioleta das estrelas e/ou por uma proporção diferente de azoto nestas galáxias primordiais.

Em suma, este trabalho permite utilizar uma escala comum para estudar a evolução química das galáxias ao longo de grande parte da história cósmica, desde o nosso ambiente espacial e temporal até épocas em que o Universo tinha apenas uma fração da sua idade atual.

O estudo contou com a contribuição do seguinte pessoal investigador do IAC: César Esteban, Jorge García-Rojas, Maialen Orte-García, Elena Reyes-Rodríguez e Sebastián F. Sánchez.

Este trabalho constitui o primeiro artigo de uma série dedicada ao desenvolvimento de novas calibrações de linhas fortes no âmbito da colaboração internacional DESIRED. As novas calibrações estão disponíveis gratuitamente para toda a comunidade astronómica. O artigo foi publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), uma das principais publicações internacionais de astronomia e astrofísica.

Artigo: F. F. Rosales-Ortega, J. E. Méndez-Delgado, J. U. Guerrero-González, C. Esteban, J. García-Rojas, K. Z. Arellano-Córdova, A. Z. Lugo-Aranda, O. Espíndola-Camacho, J. C. López-Gutiérrez, L. E. Martínez-Rivero, C. Morisset, M. Orte-García, E. Reyes-Rodríguez, L. Toribio San Cipriano, K. Kreckel, O. Egorov, I. A. Zinchenko, S. F. Sánchez, and J. M. Vílchez. “The DESIRED strong-line calibrations: I. New empirical metallicity relations for the local and high-redshift universe”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026. DOI:

Conteúdo da nota de imprensa do Instituto de Astrofísica de Canarias, traduzido e adaptado para esta edição.

Instituto de Astrofísica de Canarias · 2026-11-10

DESIRED-I: gráfico científico fornecido pelo IAC para o seu comunicado sobre calibrações da metalicidade das galáxias. © IAC · Material de imprensa