Astrofísicos finalmente têm respostas sobre como as maiores galáxias se formam: WebCuriosos

É tão humilhante quanto motivador pensar no quanto ainda temos que aprender sobre o Universo. Meus colaboradores e eu acabamos de abordar um dos mistérios mais duradouros da astrofísica: como as galáxias elípticas massivas podem se formar.

Agora, pela primeira vez, temos evidências observacionais sólidas que fornecem uma resposta. Nossos resultados foram publicados recentemente em Natureza.

As galáxias no Universo atual caem em duas categorias amplas. Existem galáxias espirais, como a nossa Via Láctea, que são ricas em gás e formam estrelas continuamente em um disco giratório. Existem também galáxias elípticas, que são grandes e esféricas, em vez de planas, semelhantes a uma bola de rugby.

Estas últimas não produzem novas estrelas, mas são dominadas por estrelas formadas há mais de 10 mil milhões de anos.

A formação de galáxias elípticas tem sido difícil de explicar com modelos cosmológicos que descrevem a evolução do Universo desde o Big Bang até agora. Um dos desafios é que a formação de estrelas durante a época em que as galáxias elípticas se formaram (há 10 mil milhões a 12 mil milhões de anos) foi acredita-se que ocorra dentro de grandes discos rotativossemelhante à nossa Via Láctea.

Então, como é que as galáxias transformaram a sua forma de discos planos em galáxias elípticas tridimensionais?

Observações com Alma

Ao analisar dados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma)identificamos os locais de nascimento de galáxias elípticas gigantes.

Descobrimos que as galáxias elípticas locais podem formar-se através de episódios intensos e de curta duração de formação estelar no início do Universo, em vez de começarem como um disco rotativo e tornarem-se mais elípticos ao longo do tempo.

O nosso estudo examinou a distribuição de poeira em mais de 100 galáxias distantes, que sabemos que formavam muitas estrelas quando o Universo tinha entre 2,2 mil milhões e 5,9 mil milhões de anos de idade.

A poeira indica a presença de gás – o material a partir do qual as novas estrelas são formadas – e permite-nos estudar as regiões dentro de uma galáxia que estão a formar ativamente novas estrelas.

Utilizando uma nova técnica de observação, descobrimos que a poeira nestas galáxias distantes é extremamente compacta e não é o que esperávamos de galáxias planas em forma de disco. Além disso, conseguimos inferir a geometria tridimensional das regiões emissoras de poeira.

Esta análise indica que a maioria das primeiras galáxias com formação de estrelas eram, na verdade, esféricas e não em forma de disco. Na verdade, eles se assemelham muito ao formato das galáxias elípticas próximas de nós hoje.

Em seguida, utilizámos simulações cosmológicas computacionais para interpretar os resultados observacionais e compreender os mecanismos físicos que podem ter causado a descida de poeira e gás para os centros destas distantes galáxias formadoras de estrelas.

A nossa análise revela que a ação simultânea de fluxos de gás frio das galáxias vizinhas, juntamente com as interações e fusões galácticas, podem conduzir o gás e a poeira para núcleos compactos e formadores de estrelas dentro destas galáxias. As simulações também nos mostram que este processo era comum no Universo primordial, fornecendo uma explicação chave para a rápida formação de galáxias elípticas.

As nossas descobertas acrescentam uma peça crucial a este puzzle, avançando a nossa compreensão da formação e evolução das galáxias.

Uma nova técnica observacional

Esta descoberta foi possível graças a uma nova técnica de análise de observações do ALMA. Os dados de Alma são diferentes das imagens que estamos acostumados a ver em telescópios ópticos. Na verdade, o Alma opera combinando sinais de múltiplas antenas que funcionam juntas como um único telescópio gigante.

Esta técnica é conhecida como interferometria e, embora permita a obtenção de imagens nítidas de galáxias distantes, a análise dos dados é mais complexa do que nas imagens ópticas tradicionais. Nossa nova técnica permite medições mais precisas da distribuição de poeira em comparação aos métodos anteriores, oferecendo um avanço significativo neste campo.

Para esta pesquisa utilizamos arquivos, dados Alma de acesso aberto acumulada ao longo de vários anos. Isto destaca o poder dos dados de código aberto, onde os cientistas partilham as suas descobertas, e das colaborações mundiais na promoção de descobertas científicas.

Observações futuras com JWST e Euclides os telescópios espaciais irão mapear ainda mais a distribuição de estrelas nos ancestrais distantes das galáxias elípticas atuais. E o Telescópio Extremamente Grandecom o seu espelho de 39 metros de largura, fornecerá detalhes sem precedentes dos núcleos de formação estelar em galáxias distantes.

Além disso, observações mais nítidas da dinâmica dos gases com o ALma e o Telescópio muito grande irá revelar como o gás se move em direção aos centros das galáxias, alimentando a formação de estrelas e moldando as galáxias que vemos hoje.

Annagrazia PuglisiBolsista de Aniversário de Astrofísica, Universidade de Southampton.

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.