Poderemos finalmente saber como as galáxias crescem tanto

Os astrônomos passaram décadas tentando entender como as galáxias crescem tanto. Uma peça do quebra-cabeça são os esferóides, também conhecidos como protuberâncias galácticas. Galáxias espirais e galáxias elípticas têm morfologias diferentes, mas ambas possuem esferóides. É aqui que está a maioria das suas estrelas e, de facto, onde reside a maioria das estrelas do Universo. Como a maioria das estrelas reside em esferóides, compreendê-las é fundamental para compreender como as galáxias crescem e evoluem.

Novas pesquisas focadas em esferóides aproximaram-nos mais do que nunca da compreensão de como as galáxias se tornam tão massivas.

Galáxias elípticas não possuem componente de disco plano. Eles são lisos e sem características e contêm comparativamente pouco gás e poeira em comparação com espirais. Sem gás e poeira, novas estrelas raramente se formam, por isso as elípticas são povoadas por estrelas mais antigas.

Os astrônomos não sabem como essas galáxias antigas e protuberantes se formaram e evoluíram. No entanto, uma nova carta de investigação na Nature pode finalmente ter a resposta. É intitulado “Formação esferóide in situ em galáxias distantes com brilho submilimétrico.” O autor principal é Qing-Hua Tan do Observatório da Montanha Púrpura, Academia Chinesa de Ciências, China. A Dra. Annagrazia Puglisi, da Universidade de Southampton, foi coautora da pesquisa.

A equipe internacional de pesquisadores utilizou o Atacama Large Millimetre/sub-millimeter Array (ALMA) para examinar galáxias estelares altamente luminosas no Universo distante. Submilimétrico significa que observa energia eletromagnética entre o infravermelho distante e o micro-ondas. Os astrónomos suspeitam há muito tempo que estas galáxias estão ligadas a esferóides, mas observá-las é um desafio.

“Há muito que se suspeita que galáxias infravermelhas/brilhantes submilimétricas com altos desvios para o vermelho estejam relacionadas com a formação de esferóides”, escrevem os autores. “A prova desta ligação tem sido dificultada até agora pelo forte obscurecimento da poeira quando se foca na sua emissão estelar ou por metodologias e relações sinal-ruído limitadas quando se olha para comprimentos de onda submilimétricos.”

Os investigadores usaram o ALMA para analisar mais de 100 destas galáxias antigas com uma nova técnica que mede a distribuição da luz. Estes perfis de brilho mostram que a maioria das galáxias tem formas triaxiais em vez de discos planos, indicando que algo na sua história as tornou deformadas.

Dois conceitos importantes sustentam os resultados da equipe: o índice Sersic e o índice Spergel.

O índice Sersic é um conceito fundamental na descrição dos perfis de brilho das galáxias. Caracteriza a distribuição radial da luz proveniente das galáxias e basicamente descreve como a luz está concentrada em uma galáxia.

O índice de Spergel é menos comumente usado. É baseado na distribuição da matéria escura nas galáxias. Em vez da luz, ajuda os astrónomos a compreender como a matéria está concentrada. Juntos, ambos os índices ajudam os astrónomos a caracterizar a estrutura complexa das galáxias.

Estes índices, juntamente com as novas observações do ALMA, levaram a novas informações sobre como os esferóides se formaram através de fusões e do resultante influxo de gás frio formador de estrelas.

Tudo começa com uma colisão ou fusão de galáxias, que envia grandes fluxos de gás frio para o centro galáctico.

“A colisão de dois discos de galáxias fez com que o gás – o combustível a partir do qual as estrelas são formadas – afundasse em direção ao seu centro, gerando trilhões de novas estrelas”, disse o coautor Puglisi. “Estas colisões cósmicas aconteceram há cerca de oito a 12 mil milhões de anos, quando o Universo estava numa fase muito mais ativa da sua evolução.”

“Esta é a primeira evidência real de que os esferóides se formam diretamente através de intensos episódios de formação estelar localizados nos núcleos de galáxias distantes”, disse Puglisi. “Estas galáxias formam-se rapidamente – o gás é sugado para dentro para alimentar os buracos negros e desencadeia explosões de estrelas, que são criadas a taxas dez a 100 vezes mais rápidas do que a nossa Via Láctea.”

Os investigadores compararam as suas observações com hidro-simulações de fusões de galáxias. Os resultados mostram que os esferóides podem manter a sua forma até aproximadamente 50 milhões de anos após a fusão. “Isso é compatível com as escalas de tempo inferidas para as explosões submilimétricas com base em observações”, escrevem os autores. Após esse intenso período de formação de estrelas no esferóide, o gás se esgota e as coisas morrem. Não é mais injetada energia no sistema e o gás residual se achata em um disco.

Esses tipos de galáxias eram mais abundantes no Universo primitivo do que são agora. Os resultados dos investigadores mostram que estas galáxias esgotaram o seu combustível rapidamente, formando os esferóides que são agora povoados por estrelas antigas.

Esta não é a primeira vez que os astrônomos investigam a ligação potencial entre esferóides e galáxias distantes com brilho submilimétrico. Pesquisa anterior que encontraram evidências de tri-axialidade também encontraram forte elipticidade e outras evidências mostrando que galáxias submilimétricas brilhantes são discos com barras no submilimétrico. No entanto, esta nova pesquisa baseou-se em observações com uma relação sinal-ruído mais elevada do que a investigação anterior.

“Os astrofísicos procuram compreender este processo há décadas”, disse Puglisi. “As nossas descobertas aproximam-nos da resolução de um mistério de longa data na astronomia que irá redefinir a nossa compreensão de como as galáxias foram criadas no Universo primitivo.”

“Isto dar-nos-á uma imagem mais completa da formação inicial das galáxias e aprofundará a nossa compreensão de como o Universo evoluiu desde o início dos tempos.”