O mistério das galáxias ultra compactas

desenvolvimento das galáxias elípticas massivas
© NASA/ESA (desenvolvimento das galáxias elípticas massivas)

Astrônomos combinando o poder do telescópio espacial Hubble, e dos telescópios infravermelhos Spitzer e Herschel, com telescópios baseados na superfície da Terra, conseguiram montar uma imagem coerente da história de formação das estrelas mais massivas no Universo. A evolução ocorre desde a explosão inicial da formação violenta de estrelas, passando pela sua aparência como núcleos galácticos com alta densidade estelar e finalizando com o seu destino final como gigantes elípticas. Isso resolve um mistério que dura décadas sobre como as galáxias compactas de forma elípticas que existiam quando o Universo tinha somente 3 bilhões de anos de existência, ou seja, um quarto da idade atual do universo de 13,8 bilhões de anos, já tinham completado sua formação estelar.

Essas galáxias elípticas compactas têm sido agora definitivamente integradas diretamente com uma população anterior de galáxias de explosão de estrelas empoeiradas que vorazmente usaram o gás disponível para gerar estrelas de forma bem rápida. Então elas cresceram lentamente por meio de fusão à medida que a formação de estrelas nelas diminuía, e elas eventualmente tornaram-se galáxias elípticas gigantes.

“Essa é a primeira vez que alguém agrupa uma amostra espectroscópica representativa de galáxias ultra compactas, com a alta qualidade de imageamento infravermelho do Hubble”, disse Sune Toft do Dark Cosmology Center no Niels Bohr Institute em Copenhagen. Nós mostramos como essas galáxias compactas podem se formar, como isso aconteceu e quando isso aconteceu”, disse Toft. “Essa é basicamente a peça que faltava no entendimento sobre como as galáxias mais massivas se formaram, e como elas se desenvolveram tornando-se as gigantescas galáxias elípticas que observamos hoje. Esse tem sido um grande mistério por muitos anos pois apenas 3 bilhões de anos depois do Big Bang nós observamos que a maior parte das galáxias já haviam completado a sua formação de estrelas”.

Ainda mais surpreendente, essas galáxias massivas uma vez foram extremamente compactas, se comparadas com as galáxias elípticas similares vistas hoje no Universo próximo. Isso significa que as estrelas foram amontoadas de 10 a 100 vezes mais densas do que o que é observado nas galáxias atualmente. “Essa é uma densidade comparada à densidade de estrelas em aglomerados globulares, mas numa escala muito maior, de uma galáxia”, disse Toft.

Ao tentar criar uma sequência evolucionária conjunta para essas galáxias massivas compactas, Toft identificou seus progenitores como as galáxias altamente obscurecidas pela poeira submetidas a uma rápida formação de estrelas em taxas que são milhares de vezes mais rápidas do que na nossa Via Láctea. Explosões de estrelas nessas galáxias são provavelmente disparadas quando duas galáxias ricas em gás colidem. Essas galáxias são tão empoeiradas que elas são quase invisíveis em comprimentos de onda ópticos, mas são brilhantes em comprimentos de onda submilimétricos, onde elas foram identificadas, aproximadamente a duas décadas atrás pela câmera SCUBA (Submillimeter Common-User Balometer Array) acoplada ao Telescópio James Clerk Maxwell no Havaí.

A equipe de Toft, pela primeira vez agrupou amostras representativas de duas populações de galáxias usando o rico conjunto de dados no programa COSMOS (Cosmic Evolution Survey) do Hubble. Eles construíram a primeira amostra representativa das galáxias compactas com distâncias e tamanhos precisos (desvio para o vermelho espectroscópico) medidos dos programas CANDELS (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) e 3D-HST do Hubble. O 3D-HST é uma pesquisa espectroscópica no infravermelho próximo feita pelo Hubble para estudar os processos físicos que formaram as galáxias no Universo distante.

Os astrônomos combinaram esses dados com observações do telescópio Subaru no Havaí e com dados do telescópio espacial Spitzer da NASA. Isso permitiu que os astrônomos conseguissem estimar de forma precisa a idade das estrelas, de onde eles concluíram que as galáxias se formaram em intensas explosões de estrelas entre 1 bilhão a 2 bilhões de anos antes, no Universo bem recente.

A equipe então fez a primeira amostra representativa das galáxias mais distantes submilimnétricas usando os ricos dados do COSMOS do Hubble, Spitzer, e do Herscehl, e de telescópios com base em solo terrestre como o Subaru, o James Clerk Maxwell e o Submillimeter Array. Essa informação multi-espectral, desde a luz óptica até os comprimentos de onda submilimétricos forneceu um conjunto completo de informações sobre os tamanhos, as massas estelares, as taxas de formação de estrelas, o conteúdo de poeira, e as distâncias precisas das galáxias escondidas na poeira presentes no início do Universo.

Quando a equipe de Toft comparou as amostras dessas duas populações galácticas, eles descobriram um elo entre as galáxias compactas elípticas e as galáxias submilimétricas observadas entre 1 bilhão e 2 bilhões de anos antes. Essas observações mostram que a atividade violenta de formação de estrelas nas galáxias anteriores tinham as mesmas características previstas para as progenitoras das galáxias elípticas compactas. A equipe também calculou que a intensa atividade de explosão de estrelas durou cerca de 40 milhões de anos antes que o suprimento de gás interestelar se exaurisse.
Fonte:Astro News
HubbleSite

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