ESO revela segredos sobre o crescimento lento das galáxias ao longo das eras


Esta impressão artística mostra uma galáxia jovem, cerca de 2 bilhões de anos após o Big Bang, sofrendo acresção dos gases Hidrogênio e Hélio das vizinhanças, matéria prima para a formação de novas estrelas. Estudos usando o VLT (Very Large Telescope) do ESO mostraram evidências de que a acresção do gás cósmico, sem necessidade de violentas fusões galácticas, já é suficiente para alimentar um vigoroso nascimento de estrelas e o crescimento de galáxias massivas no Universo primordial. Crédito: ESO/L. Calçada

Esta impressáo artística mostra uma galáxia jovem, cerca de 2 bilhões de anos após o Big Bang, sofrendo acresção dos gases Hidrogênio e Hélio das vizinhanças, matéria prima para a formação de novas estrelas. Estudos usando o VLT (Very Large Telescope) do ESO mostraram evidências de que a acresção do gás cósmico, sem necessidade de violentas fusões galácticas, já é suficiente para alimentar um vigoroso nascimento de estrelas e o crescimento de galáxias massivas no Universo primordial. Crédito: ESO/L. Calçada

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Os astrônomos do ESO (Observatório Europeu Meridional, Chile), através do complexo de telescópios VLT (Very Large Telescope), estudaram indícios diretos de que as galáxias do Universo primordial conseguiram crescer ao incorporar o gás frio que se encontrava ao seu redor, utilizando-o como matéria prima para a formação de novas estrelas. Logo nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang a massa das galáxias típicas aumentou dramaticamente e conseguir entender porque isto aconteceu consiste em um dos mais importantes problemas da astrofísica atual.

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Como crescem as ‘galáxias-bebês’?

As primeiras galáxias formaram-se quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos de idade. As ‘galáxias-bebês’ eram bem menores que os complexos sistemas gigantes que observamos atualmente, tais como a nossa galáxia mãe, a Via Láctea, e a sua vizinha, Andrômeda. Por isso, o tamanho médio das galáxias aumentou à medida que o Universo evoluiu. Além disto, sabemos que regularmente as galáxias colidem entre si e depois se fundem, originando sistemas maiores. Este é, portanto, um dos mecanismos mais importantes no crescimento das galáxias. Agora, no entanto, um modo de crescimento adicional mais suave foi proposto pelos astrônomos do ESO.

Uma idéia inovadora foi testada pela equipe de astrônomos europeus operando o Very Large Telescope do ESO: “as galáxias jovens cresceram ao incorporarem nuvens frias de gás de hidrogênio e hélio abundantes no Universo primordial, formando novas estrelas. Tal como uma empresa comercial pode expandir-se se juntando a outras companhias ou contratando mais pessoal, também as galáxias jovens poderiam crescer de dois modos diferentes: ou através da fusão com outras galáxias ou incorporando a matéria cósmica primordial, resíduo do Big Bang.

O líder da pesquisa, Giovanni Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri) comentou: “Os novos resultados obtidos com o VLT são a primeira evidência direta de que a adição de gás primordial aconteceu realmente e foi suficiente para dar início a formação estelar vigorosa que, por sua vez, originou o crescimento de galáxias de grande massa no Universo jovem.” Esta descoberta irá ter um impacto em nossa compreensão da evolução do Universo desde o Big Bang até a atualidade. As teorias de formação e evolução galáctica talvez tenham que ser revistas.

Tabela 1 – propriedades das galáxias estudadas. A primeira coluna mostra o valor do desvio para o vermelho (z), a segunda coluna mostra a massa M* de cada galáxia e as três colunas seguintes os índices de metalicidade integrados destas galáxias. Crédito: Cresci et. al./ESO

Tabela 1 – propriedades das galáxias estudadas. A primeira coluna mostra o valor do desvio para o vermelho (z), a segunda coluna mostra a massa M* de cada galáxia e as três colunas seguintes os índices de metalicidade integrados destas galáxias. Crédito: Cresci et. al./ESO

O grupo começou o trabalho selecionando três galáxias longíquas com o objetivo de tentar encontrar evidências do fluxo de gás primordial vindo do espaço circundante e da formação de estrelas novas a ele associadas. Houve o cuidado de escolher galáxias que não tivessem sido perturbadas por interações com outras galáxias. As galáxias escolhidas possuíam discos em rotação regulares, semelhantes à Via Láctea, e sua luz que chegou até nós foi emitida há cerca de 13,8 bilhões de anos, o que corresponde a 2 bilhões de anos após do Big Bang (tal equivale a um desvio para o vermelho z=3, veja no gráfico o que significa z=3 em “SWIFT detecta o objeto mais distante no Universo visível“).

Nas galáxias do Universo atual, os elementos pesados [1] são mais abundantes perto do centro. Mas quando a equipa de Cresci mapeou as galáxias distantes selecionadas, com o espectrógrafo SINFONI montado no VLT [2], verificou com entusiasmo que, em todos os três casos, existia uma zona na galáxia, próxima do centro, com menos elementos pesados, mas que hospedava um processo de frenético de formação estelar, indicando que o matéria prima desta formação estelar foi fornecida pelo gás primordial circundante que é efetivamente pobre em elementos pesados (baixa metalicidade).
Cresci concluiu: “Este estudo apenas foi possível graças ao excelente desempenho do instrumento SINFONI montado no VLT, o qual abriu uma nova janela no estudo das propriedades químicas das galáxias muito distantes. SINFONI fornece informação não apenas em duas dimensões espaciais, mas também em uma terceira dimensão espectral, a qual permite observar os movimentos internos das galáxias e estudar a composição química do gás interestelar.

Este trabalho foi apresentado no artigo científico “Gas accretion in distant galaxies as the origin of chemical abundance gradients”, por Cresci et al., publicado na revista Nature de 14 de Outubro de 2010.

A equipe do projeto foi composta por:

  • G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itália);
  • F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itália);
  • R. Maiolino (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Itália);
  • Marconi (Universitá di Firenze, Itália);
  • Gnerucci (Universitá di Firenze, Itália);
  • L. Magrini (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itália).

Notas

[1] O gás presente no Universo primordial era quase totalmente composto de hidrogênio e hélio (há traços de lítio e berílio, mas em escala muito menor). As primeiras gerações de estrelas (as estrelas da População III) processaram este material primitivo criando os elementos mais pesados tais como o oxigênio, o nitrogênio e o carbono, através de fusão nuclear. Quando este novo material foi, por sua vez, lançado para o espaço por meio de ventos intensos de partículas vindos de estrelas jovens de grande massa e pelas explosões de supernovas, a quantidade de elementos pesados na galáxia aumentou gradualmente. Os astrônomos referem-se aos elementos distintos do hidrogênio e do hélio como “elementos pesados” ou “metais”. Assim, o “índice de metalicidade” mede a quantidade de “metais” na composição de um objeto cósmico.

[2] Ao separar cuidadosamente a fraca radiação oriunda de uma galáxia nos seus diversos componentes do espectro eletromagnético, utilizando telescópios potentes e espectrógrafos, os astrônomos conseguem identificar as impressões digitais dos diferentes elementos químicos em galáxias distantes e medir a quantidade de elementos pesados lá presentes. Com o instrumento SINFONI montado no VLT os astrônomos podem obter um espectro individual para cada região de um objeto cósmico, o que permite fazer um mapa que mostra a quantidade de elementos pesados presentes em diferentes zonas de uma galáxia, ao mesmo tempo em que se pode determinar onde é que a formação estelar encontra-se em atividade mais intensa

Fonte

ESO: Growing Galaxies Gently

Artigo Científico

Gas accretion in distant galaxies as the origin of chemical abundance gradients

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