Como intensas explosões estelares forjaram os gigantes galácticos do universo

Pesquisadores descobriram que antigas galáxias elípticas podem se formar a partir da intensa formação de estrelas em núcleos de galáxias primitivas. 

O diagrama esquemático mostra como ocorre a formação de um esferoide em galáxias distantes com brilho sub-milimétrico e como esse processo se conecta à evolução de galáxias elípticas gigantes no universo atual.Na extrema esquerda, temos imagens RGB do James Webb (usando F444W para vermelho, F227W para verde e F150W para azul) mostrando exemplos da nossa amostra de galáxias.O elipse tracejado ciano marca a região concentrada da emissão submarina, com as vistas ampliadas destacando as imagens submarinas do ALMA.Também é mostrada uma classificação das formas intrínsecas das galáxias.Os parâmetros de forma média para nossa amostra completa (elipse verde), uma subamostra de galáxias compactas submm (elipse laranja),e uma subamostra de galáxias estendidas submm (elipse azul) são comparadas a galáxias locais do tipo precoce (elipse vermelha) e galáxias do tipo tardio (representadas por formas espirais roxas e cianas).Crédito: Qing-Hua Tan

Esta descoberta, derivada de dados analisados ​​pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, mostra que essas galáxias esferoidais, frequentemente consideradas estáticas e inertes, já foram regiões dinâmicas de intensa formação de estrelas durante o meio-dia cósmico. Esta visão transformadora sobre a evolução das galáxias ajuda a esclarecer os processos por trás da formação das galáxias mais massivas do universo. 

Descoberta inovadora na formação de galáxias

Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo cientistas do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo da Universidade de Tóquio (Kavli IPMU, WPI), descobriu evidências de que antigas galáxias elípticas podem se formar por meio de intensa formação de estrelas nos núcleos de galáxias primitivas. Esta descoberta inovadora, publicada na Nature , oferece novos insights sobre a evolução das galáxias no Universo primitivo.

As galáxias de hoje exibem uma ampla gama de formas e estruturas, mas geralmente se enquadram em duas categorias principais. Galáxias espirais mais jovens, em forma de disco , como a Via Láctea , estão ativamente formando novas estrelas. Em contraste, galáxias elípticas mais antigas , caracterizadas por uma protuberância central e uma falta de gás formador de estrelas, consistem principalmente de estrelas antigas. Apesar de sua prevalência, as origens dessas galáxias esferoidais permaneceram uma questão em aberto — até agora.

Observações revolucionárias da era do meio-dia cósmico

A descoberta dos locais de nascimento de galáxias elípticas gigantes — anunciada em um artigo publicado em 4 de dezembro na Nature — veio da análise de dados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ) em mais de 100 galáxias brilhantes submilimétricas (SMGs) com desvios para o vermelho datados da era do "meio-dia cósmico", quando o universo tinha entre 1,6 e 5,9 bilhões de anos e muitas galáxias estavam ativamente formando estrelas.

Este estudo fornece a primeira evidência observacional sólida de que esferoides podem se formar diretamente por meio da formação intensa de estrelas dentro dos núcleos de galáxias starburst altamente luminosas no Universo primitivo, com base em uma nova perspectiva da banda submilimétrica. Esta descoberta impactará significativamente os modelos de evolução de galáxias e aprofundará nossa compreensão de como as galáxias se formam e evoluem pelo Universo. 

Novos insights sobre estruturas esferoidais

Neste estudo, pesquisadores liderados pelo pesquisador associado do Observatório da Montanha Púrpura da Academia Chinesa de Ciências, Qinghua Tan, e incluindo o professor do IPMU de Kavli, John Silverman, o pesquisador do projeto Boris Kalita e o estudante de pós-graduação Zhaoxuan Liu, usaram análise estatística da distribuição do brilho da superfície da emissão de poeira na banda submilimétrica, combinada com uma nova técnica de análise.

Eles descobriram que a emissão submilimétrica na maioria das galáxias de amostra é muito compacta, com perfis de brilho de superfície desviando significativamente daqueles de discos exponenciais. Isso sugere que a emissão submilimétrica normalmente vem de estruturas que já são semelhantes a esferoides.

Mais evidências para essa forma esferoidal vêm de uma análise detalhada da geometria 3D das galáxias. A modelagem baseada na distribuição de razão de eixo assimétrica alta mostra que a razão do mais curto para o mais longo dos seus três eixos é, em média, metade e aumenta com a compactação espacial. Isso indica que a maioria dessas galáxias altamente formadoras de estrelas são intrinsecamente esféricas em vez de em forma de disco.

Apoiada por simulações numéricas, essa descoberta nos mostrou que o principal mecanismo por trás da formação dessas galáxias tridimensionais (esferoides) é a ação simultânea de acreção de gás frio e interações de galáxias. Acredita-se que esse processo tenha sido bastante comum no Universo primitivo, durante o período em que a maioria dos esferoides estava se formando. Ele pode redefinir como entendemos a formação de galáxias.

Estrutura de galáxias esferoidais analisada

Esta pesquisa foi possível graças aos projetos de arquivo A3COSMOS e A3GOODSS, que permitiram aos pesquisadores reunir um grande número de galáxias observadas com uma relação sinal-ruído alta o suficiente para uma análise detalhada.

Explorações futuras da riqueza de observações do ALMA acumuladas ao longo dos anos, juntamente com novas observações submilimétricas e milimétricas com maior resolução e sensibilidade, nos permitirão estudar sistematicamente o gás frio em galáxias. Isso oferecerá uma visão sem precedentes da distribuição e cinemática das matérias-primas que alimentam a formação de estrelas.

Com as poderosas capacidades do Euclid, do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e do Telescópio da Estação Espacial da China (CSST) para mapear os componentes estelares das galáxias, obteremos uma imagem mais completa da formação inicial das galáxias. Juntos, esses insights aprofundarão nossa compreensão de como o Universo como um todo evoluiu ao longo do tempo.

Fonte: scitechdaily.com