Fusões de galáxias lançam luz sobre modelo de evolução galáctica

Um astrônomo australiano resolveu um mistério centenário sobre como as galáxias evoluem de um tipo para outro. O mesmo estudo mostra que a Via Láctea, a galáxia em que vivemos, nem sempre foi uma espiral.

O trabalho do professor Alister Graham, da Swinburne Astronomy Online, usa novos e antigos insights e observações para revelar como ocorre a especiação de galáxias. A pesquisa aparece no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Esta imagem do telescópio Gemini North, no Hawaii, revela um par de galáxias espirais em interação - NGC 4568 (em baixo) e NGC 4567 (em cima) - à medida que começam a colidir e a fundir-se. As galáxias acabarão por formar uma única galáxia elíptica daqui a cerca de 500 milhões de anos. Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA; processamento de imagem: T.A. Retor (Universidade do Alaska em Anchorage/NOIRLab da NSF), J. Miller (Observatório Gemini/NOIRLab da NSF), M. Zamani (NOIRLab da NSF) e D. de Martin (NOIRLab da NSF) 

Nas décadas de 1920 e 1930, o astrônomo Edwin Hubble e outros estabeleceram uma sequência de anatomia variada de galáxias, agora conhecida como sequência de Hubble ou diagrama de diapasão de Hubble. Ele carece de caminhos evolutivos, mas ainda é amplamente usado para classificar galáxias com base em sua aparência visual. 

As galáxias podem conter bilhões de estrelas ordenadamente seguindo órbitas circulares em um disco lotado ou zumbindo caoticamente em um enxame esférico ou em forma de elipse. Esses discos podem hospedar padrões espirais, com tais galáxias espirais definindo uma extremidade da sequência de longa data do Hubble. 

Nesta sequência, galáxias em forma de lentilha, conhecidas como galáxias lenticulares com uma estrutura esférica central em um disco sem espiral, foram consideradas a população de ponte entre galáxias espirais dominadas por discos, como a nossa Via Láctea, e galáxias de forma elíptica, como M87.

 No novo estudo, o professor Graham analisou imagens ópticas do Telescópio Espacial Hubble e imagens infravermelhas do Telescópio Espacial Spitzer de 100 galáxias próximas. Ao comparar sua massa estelar e de buracos negros centrais, ele descobriu dois tipos de galáxias lenticulares: velhas e pobres em poeira, e ricas em poeira. 

As galáxias lenticulares ricas em poeira são construídas a partir de fusões de galáxias espirais. As galáxias espirais podem ter um pequeno esferoide central mais um disco contendo braços espirais de estrelas, gás e poeira saindo do centro. As galáxias lenticulares empoeiradas têm esferoides e buracos negros notavelmente mais proeminentes do que as galáxias espirais e as galáxias lenticulares pobres em poeira. 

Em uma reviravolta, a pesquisa do professor Graham mostrou que as galáxias espirais residem no meio do caminho entre os dois tipos de galáxias em forma de lentilha. 

"Isso redesenha nossa tão amada sequência de galáxias", diz o professor Graham, "e, importante, agora vemos os caminhos evolutivos por meio de uma sequência de casamentos de galáxias, ou o que os negócios podem chamar de aquisições e fusões". 

Se as galáxias lenticulares pobres em poeira acumulam gás e material, isso pode perturbar gravitacionalmente seu disco, induzindo um padrão espiral e alimentando a formação de estrelas, alterando sua estrutura e forma. 

A Via Láctea tem várias galáxias satélites menores, como Sagitário e Canis Major, e sua estrutura revela uma rica história de aquisições. A Via Láctea provavelmente já foi uma galáxia lenticular pobre em poeira que acumulou material, incluindo o satélite Gaia Sausage-Enceladus, e com o tempo evoluiu para a galáxia espiral em que vivemos hoje. Imagens profundas feitas por inúmeros telescópios terrestres nos últimos anos mostraram que essa é uma característica comum às galáxias espirais. 

Algumas aquisições serão mais dramáticas. Tal casamento está nos planos em 4 a 6 bilhões de anos, quando a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda colidem.

 Sua colisão destruirá os padrões espirais atuais em ambas as galáxias, produzindo uma galáxia mesclada com um esferoide mais dominante, lançará muitas nuvens de poeira e será acompanhada por um aumento na massa do buraco negro central. Isso levará ao nascimento de uma galáxia lenticular rica em poeira. 

A fusão subsequente de duas galáxias lenticulares empoeiradas parece suficiente para apagar completamente seus discos e criar uma galáxia de forma elíptica, incapaz de reter nuvens de gás frio abrigando poeira.

 De certa forma, as galáxias lenticulares pobres em poeira aparecem como um registro fóssil das galáxias primordiais do Universo. Essas galáxias dominadas por discos são muito antigas e comuns. A fusão de dois deles no jovem Universo pode explicar a recente observação pelo Telescópio Espacial James Webb de uma galáxia massiva dominada por esferoides quando o Universo tinha 700 milhões de anos. 

Além disso, a nova pesquisa também revelou que a fusão de duas galáxias elípticas é suficiente para explicar as galáxias mais massivas do Universo hoje, observadas nos centros de aglomerados de galáxias de 1000 membros. 

O professor Graham observa que muitas pistas eram conhecidas, mas ainda não haviam sido combinadas em um quadro coeso. Ele diz: "As coisas se encaixaram quando se reconheceu que as galáxias lenticulares não são a única população de ponte como foram retratadas por muito tempo". 

O novo trabalho significa que as galáxias agora têm sua árvore genealógica. "É a sobrevivência dos mais aptos lá fora", diz o professor Graham, "o que, em última análise, significa o reinado dos esferoides sobre os discos". Ele acrescenta: "A astronomia agora tem uma nova sequência anatômica e, finalmente, uma sequência evolutiva na qual a especiação de galáxias é vista como ocorrendo através do casamento inevitável de galáxias ordenadas pela gravidade".

Fonte: Sociedade Astronómica Real