As superespirais giram superdepressa

A linha superior deste mosaico apresenta imagens do Hubble de três galáxias espirais, cada um com várias vezes a massa da Via Láctea. A linha inferior mostra três galáxia espirais ainda mais massivas que se qualificam como "superespirais", que foram observadas pelo SDSS. As superespirais têm normalmente 10 a 20 vezes a massa da Via Láctea. A galáxia no canto inferior direito, 2MFGC 08638, é a superespiral mais massiva conhecida, com um halo de matéria escura equivalente a 40 biliões de sóis. Crédito: linha superior - NASA, ESA, P. Ogle e J. DePasquale (STScI); linha inferior - SDSSS, P. Ogle e J. DePasquale (STScI)

Provavelmente nunca notou, mas o nosso Sistema Solar está a mover-se rapidamente. As estrelas na nossa vizinhança, incluindo o Sol, orbitam a Via Láctea a uma velocidade média de 210 km/s. Mas isto não é nada em comparação com as galáxias espirais mais massivas. As "superespirais", que são maiores, mais brilhantes e mais massivas do que a Via Láctea, giram ainda mais depressa do que o esperado para a sua massa, a velocidades de até 570 km/s. 

A sua rápida rotação é o resultado de estarem dentro de uma nuvem extraordinariamente massiva, ou halo, de matéria escura - matéria invisível detetável apenas graças à sua gravidade. A maior "superespiral" estudada aqui reside num halo de matéria escura com pelo menos 40 biliões de vezes a massa do nosso Sol. A existência de superespirais fornece mais evidências de que uma teoria alternativa da gravidade conhecida como MOND (Modified Newtonian Dynamics) está incorreta.

Quando se trata de galáxias, quão rápido é rápido? A Via Láctea, uma galáxia espiral média, gira a uma velocidade de 210 km/s na vizinhança do nosso Sol. Uma nova investigação descobriu que as galáxias espirais mais massivas giram mais depressa do que o esperado. Estas "superespirais", a maior das quais tem cerca de 20 vezes mais massa do que a Via Láctea, gira a uma velocidade de até 570 km/s.

As superespirais são excecionais em quase todos os aspetos. Além de serem muito mais massivas do que a Via Láctea, são também mais brilhantes e maiores em tamanho físico. As maiores atingem 450.000 anos-luz em comparação com a Via Láctea, que tem "apenas" 100.000 anos-luz em diâmetro. Só conhecemos, até ao momento, cerca de 100 superespirais. As superespirais foram descobertas como uma nova classe importante de galáxias enquanto se estudavam dados do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) bem como do NED (NASA/IPAC Extragalactic Database).

"As superespirais são, em muitos aspetos, extremas," disse Patrick Ogle do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. "Quebram os recordes de velocidade de rotação."

Ogle é o primeiro autor de um artigo publicado dia 10 de outubro na revista The Astrophycial Journal Letters. O artigo apresenta novos dados sobre as velocidades de rotação de superespirais recolhidos com o SALT (Southern African Large Telescope), o maior telescópio ótico do hemisfério sul. Os dados adicionais foram obtidos com o telescópio Hale de 5 metros do Observatório Palomar, operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia. Os dados da missão WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA foram cruciais para medir as massas das galáxias em estrelas e os seus ritmos de formação estelar.

Referindo-se ao novo estudo, Tom Jarrett da Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, comentou: "Este trabalho ilustra muito bem a poderosa sinergia entre as observações óticas e infravermelhas de galáxias, revelando movimentos estelares com espectroscopia do SDSS e do SALT e outras propriedades estelares - mais concretamente a massa estelar ou "espinha dorsal" das galáxias hospedeiras - através das imagens infravermelhas do WISE".

A teoria sugere que as superespirais giram depressa porque estão localizadas dentro de nuvens incrivelmente grandes, ou halos, de matéria escura. Há décadas que sabemos que a matéria escura está relacionada com a rotação das galáxias. A astrónoma Vera Rubin foi pioneira no trabalho sobre as rotações galácticas, mostrando que as galáxias espirais giram mais depressa do que se a sua gravidade fosse exclusivamente devida às estrelas e ao gás constituintes. Uma substância invisível adicional, conhecida como matéria escura, deverá influenciar a rotação de uma galáxia. Espera-se que uma galáxia espiral com uma determinada massa estelar gire a uma determinada velocidade. A equipa de Ogle descobriu que as superespirais excedem significativamente esta rotação esperada.

As superespirais também residem em halos de matéria escura maiores do que a média. O halo mais massivo que Ogle mediu contém matéria escura equivalente a 40 biliões de vezes a massa do nosso Sol. Essa quantidade de matéria escura normalmente continha um grupo de galáxias em vez de uma única galáxia.

"Parece que a rotação de uma galáxia é definida pela massa do seu halo de matéria escura," explicou Ogle.

O facto das superespirais quebrarem a relação normal entre massa da galáxia em estrelas e a taxa de rotação é uma nova evidência contra uma teoria alternativa da gravidade conhecida como MOND (Modified Newtonian Dynamics). A teoria MOND propõe que às maiores escalas, como galáxias ou enxames de galáxias, a gravidade é ligeiramente mais forte do que previsto por Newton ou Einstein. Isto faria com que as regiões externas de uma galáxia espiral, por exemplo, girassem mais depressa do que o esperado com base no seu conteúdo estelar. A MOND foi estabelecida para reproduzir a relação padrão da rotação das espirais e, portanto, não pode explicar valores extremos como os das superespirais. As observações das superespirais sugerem que não é necessária nenhuma dinâmica não newtoniana.

Apesar de serem as galáxias espirais mais massivas do Universo, as superespirais na verdade estão abaixo da massa, termos de conteúdo estelar, do que seria de esperar para a quantidade de matéria escura que contêm. Isto sugere que a grande quantidade de matéria escura inibe a formação estelar. Existem duas causas possíveis: 1) Qualquer gás adicional que é puxado para dentro da galáxia colide e aquece, impedindo que arrefeça e forme estrelas, ou 2) A rápida rotação da galáxia dificulta o colapso das nuvens de gás contra a influência da força centrífuga.

"Esta é a primeira vez que encontrámos galáxias espirais tão grandes quanto possível," comentou Ogle.

Apesar destas influências perturbadoras, as superespirais ainda são capazes de formar estrelas. Embora as maiores galáxias elípticas tenham formado todas ou a maior parte das suas estrelas há mais de 10 mil milhões de anos, as superespirais ainda estão a formar estrelas hoje. Elas convertem cerca de 30 vezes a massa do Sol em estrelas todos os anos, o que é normal para uma galáxia deste tamanho. Em comparação, a nossa Via Láctea transforma o equivalente a uma massa solar em estrelas por ano.

Ogle e a sua equipa propuseram observações adicionais para ajudar a responder perguntas importantes sobre as superespirais, incluindo observações projetadas para estudar melhor o movimento do gás e das estrelas dentro dos seus discos. Depois do seu lançamento em 2021, o Telescópio Espacial James Webb da NASA poderá estudar superespirais a distâncias maiores e idades correspondentemente mais jovens para aprender como evoluem ao longo do tempo. E a missão WFIRST da NASA pode ajudar a localizar mais superespirais, que são extremamente raras, graças ao seu amplo campo de visão.

Fonte: Astronomia OnLine