Como as galáxias crescem enquanto estão presas na teia cósmica do universo?

Novas simulações mostram como milhares de galáxias evoluem viajando através dos fios de gás, poeira e estrelas que constituem a “teia cósmica” do universo. 

Uma ilustração mostra uma galáxia presa em uma teia cósmica de poeira gasosa. (Crédito da imagem: Robert Lea (criada com canva))

Assim como ficar preso na teia de uma aranha muda drasticamente a vida de uma mosca, as galáxias presas na vasta teia cósmica são alteradas de forma dramática e irreversível.

Agora, cientistas da Universidade do Kansas pretendem compreender melhor os mecanismos em jogo na formação de aglomerados de galáxias à medida que viajam através de uma  teia cósmica  de diferentes ambientes.

O professor de física e astronomia da KU, Gregory Rudnick, está liderando o esforço, que envolve a recriação da teia cósmica em uma simulação de computador e, em seguida, o estudo do conteúdo de gás e das propriedades de formação de estrelas das galáxias à medida que elas se movem através dessa teia.

O esforço utilizará imagens de cerca de 14.000 galáxias do DESI Legacy Survey, do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) e do Galaxy Evolution Explorer (GALEX) da NASA; A equipe irá coletar observações adicionais com o telescópio Planewave de 0,7 m de Siena.

“O objetivo principal deste projeto é compreender o impacto dos fatores ambientais na transformação das galáxias”,  disse Rudnick em comunicado . "No universo, as galáxias estão espalhadas numa distribuição não uniforme caracterizada por densidades variadas. Estas galáxias agregam-se em grandes aglomerados, compreendendo centenas a milhares de galáxias, bem como grupos menores, consistindo de dezenas a centenas de galáxias."

As galáxias podem ficar em aglomerados ou grupos, ou podem residir em regiões mais isoladas e de menor densidade do universo, chamadas de “campo”, apontou Rudnick.

Embora estudos anteriores que simularam a teia cósmica e as galáxias dentro dela tenham comparado galáxias em aglomerados e grupos com aquelas isoladas no campo, eles negligenciaram a consideração de estruturas filamentares alongadas de gás, poeira e estrelas que conectam o tipo aglomerado.

Rudnick e colegas consideraram esta estrada cósmica, concentrando-se nos ambientes filamentares que as galáxias encontram, como as galáxias são canalizadas em agrupamentos e aglomerados em primeiro lugar, e como os filamentos afetam a sua evolução.

Uma captura de tela de uma simulação computacional de galáxias incrustadas com filamentos de gás e poeira.(Crédito da imagem: Yannick Bahé)

“As galáxias seguem um caminho para estes filamentos, experimentando pela primeira vez um ambiente denso antes de progredirem em grupos e aglomerados”, disse Rudnick. "Estudar galáxias em filamentos permite-nos examinar os encontros iniciais de galáxias com ambientes densos."

A maioria das galáxias que entram nos “centros urbanos” dos aglomerados, acrescentou Rudnick, o fazem ao longo das “superestradas” da teia cósmica, com um pequeno número seguindo “rotas rurais” que as levam para os aglomerados e grupos sem interagir muito com o seu entorno.

“Enquanto os filamentos são semelhantes às rodovias interestaduais, essas rotas menos movimentadas para regiões densas são semelhantes à analogia de dirigir em estradas rurais no Kansas para acessar os limites da cidade”, disse Rudnick. "As galáxias podem existir em filamentos ou estar em grupos que residem em filamentos como contas num cordão. Na verdade, a maioria das galáxias no universo existe dentro de grupos."

A equipe espera que, com esta simulação, seja possível obter informações sobre o início dos efeitos ambientais nas galáxias e descodificar como as galáxias se comportam nos filamentos e grupos onde são mais frequentemente encontradas.

Galáxias presas dando origem a estrelas

Um aspecto-chave do trabalho realizado pela equipe da KU será avaliar como as condições dos filamentos da teia cósmica afetam o processamento de gás em bolsões de densidade excessiva, que os cientistas chamam de “ciclo bariônico”.

Como as estrelas nascem quando aglomerados excessivamente densos de gás e poeira entram em colapso, as perturbações do ciclo bárion podem impulsionar ou dificultar a formação de estrelas, aumentando ou retardando assim o crescimento das galáxias.

"O espaço entre as galáxias contém gás. Na verdade, a maioria dos átomos do universo está neste gás, e esse gás pode acumular-se nas galáxias", disse Rudnick. “Este gás intergaláctico sofre uma transformação em estrelas, embora a eficiência deste processo seja relativamente baixa, com apenas uma pequena percentagem a contribuir para a formação de estrelas.

Alguns destes ventos tornam-se fluxos que sopram das galáxias de volta ao espaço, enquanto outra matéria soprada pelo vento regressa à sua galáxia de origem, é acumulada e finalmente reciclada como parte do ciclo bariónico.

O aglomerado de estrelas das Plêiades: um agrupamento de galáxias conectadas por filamentos de gás e poeira.(Crédito da imagem: Getty Images)

As galáxias podem ser conceituadas como motores de processamento de bárions, extraindo gás do meio intergaláctico e convertendo parte dele em estrelas”, explicou Rudnick. “As estrelas, por sua vez, transformam-se em supernovas, produzindo elementos mais pesados. Parte do gás é expelido para o espaço, formando uma fonte galáctica que eventualmente cai de volta para a galáxia.”

Quando as galáxias encontram um ambiente denso na teia cósmica, podem alterar a sua pressão interna e perturbar o ciclo bariónico, retirando ativamente o gás da galáxia ou privando-a do seu futuro fornecimento de gás.

Isto resulta em fábricas estelares galácticas, situadas no coração dos aglomerados, que desaceleram até parar à medida que a sua matéria-prima geradora de estrelas é extinta.

“A perturbação afeta a ingestão e expulsão de gás pelas galáxias, levando a alterações nos seus processos de formação estelar”, disse Rudnick. "Embora possa haver um aumento temporário na formação de estrelas, em quase todos os casos, isso eventualmente resulta num declínio na formação de estrelas."

Espera-se que as simulações da equipa ajudem os cientistas a compreender melhor o ciclo bárion, algo que foi destacado como um tópico científico chave para a próxima década pela pesquisa Astro2020 Decadal.

A pesquisa também incluirá divulgação científica para estudantes do ensino médio de Kansas e Nova Jersey até 2026. Isso incluirá equipar as escolas com 11 MacBook Pros para permitir que os alunos se envolvam no projeto de pesquisa.

Fonte: Space.com