Após a conclusão do doutoramento na FCUP, Iris Breda conquistou uma bolsa Marie Curie e os resultados do seu trabalho, realizado na Aústria, foram recentemente publicados.
As galáxias espirais – a milhões de anos-luz de distância da Terra – desde cedo fascinaram Iris Breda, investigadora formada 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 Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), onde o seu percurso começou, com uma promissora ferramenta de programação. A chave do seu sucesso está na conquista de uma bolsa Marie Curie para trabalhar no 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, doutorada e mestre em Astronomia, 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.
“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, 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
Inspiradas por estas questões, 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 Íris, 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.