Hubble ajuda a resolver o mistério da extinção das antigas galáxias ultracompactas

Diagrama mostra a evolução das galáxias, desde o Universo primordial (Big Bang) passando por 1 bilhão de anos (primeiras galáxias), 1,5 bilhão de anos (galáxias formando estrelas intensamente), 2 bilhões de anos (galáxias ativas, os quasares), 3 bilhões de anos (galáxias compactas), 5 bilhões de anos (mais fusões de galáxias) e atualmente (galáxias elípticas gigantes locais). Créditos: NASA/ESA/Niels Bohr Institute/STScI

Usando os telescópios espaciais Hubble e Spitzer e o Observatório Espacial Herschel, os astrônomos conseguiram obter a sequência evolutiva das galáxias elípticas compactas que se tornaram ativas e se extinguiram no início da história do Universo.

Com a ajuda dos sensores em infravermelho do Telescópio Espacial Hubble, os astrônomos conseguiram, pela primeira vez, uma amostra espectroscópica representativa das galáxias elípticas ultracompactas extintas, galáxias cuja formação estelar foi concluída quando o Universo tinha apenas 3 bilhões de anos, menos de um quarto da sua idade atual estimada em 13,75 bilhões de anos.

A pesquisa, apoiada por vários telescópios terrestres, resolve um mistério de 10 anos, sobre o crescimento das maiores galáxias elípticas que hoje observamos e nos dá uma imagem clara da formação das galáxias de maior massa no Universo, desde a sua fase inicial de explosiva formação estelar, passando pelo desenvolvimento de núcleos estelares densos, até à sua condição final de galáxias elípticas gigantes.

A evolução das galáxias primordiais

Sune Toft, do Dark Cosmology Center do Instituto Niels Bohr, em Copenhagen, Dinamarca, responsável por este estudo, afirmou:

Conseguimos finalmente mostrar como e quando se formaram estas galáxias compactas. Basicamente, era a peça que faltava para compreendermos como se formaram as galáxias de maior massa, e como evoluíram até às gigantes elípticas de hoje. Durante muitos anos, este foi um grande mistério, porque cerca de 3 bilhões de anos após o Big Bang, metade das galáxias de maior massa já haviam concluído sua formação de estrelas.

Os astrônomos determinaram que as galáxias elípticas compactas consumiram vorazmente o gás disponível para a formação de estrelas, ao ponto de não poderem criar novas estrelas, e depois fundiram-se com galáxias mais pequenas para formarem as gigantes elípticas. As estrelas nas galáxias extintas são 10 a 100 vezes mais densas do que as que se encontram em enormes galáxias elípticas semelhantes observadas atualmente no Universo próximo, o que, segundo Toft, surpreendeu os astrônomos.

Para desenvolver a sequência evolutiva das galáxias extintas ultracompactas, a equipe de Toft reuniu, pela primeira vez, amostras representativas de duas populações de galáxias, usando o conjunto de dados do programa COSMOS (Cosmic Evolution Survey) do Hubble.

Um dos grupos de galáxias compreendia as elípticas compactas. O outro grupo continha galáxias altamente obscurecidas pela a poeira e que estão formando estrelas a taxas aceleradas, milhares de vezes superiores às observadas na Via Láctea. As explosões de formação estelar nestas galáxias envoltas em poeira foram provavelmente ateadas pela colisão de duas galáxias ricas em gás. Por terem tanta poeira, são quase invisíveis nos comprimentos de onda óticos, mas brilham em comprimentos de onda submilimétricos, nos quais foram identificadas, pela primeira vez, há quase duas décadas, pela câmara do SCUBA (Submillimeter Common-User Bolometer Array) no telescópio James Clerk Maxwell, no Havai.

A equipe de Toft começou por construir a primeira amostra representativa de galáxias elípticas compactas com tamanhos exatos e desvios para o vermelho (redshifts) espectroscópicos, medidos com o CANDELS (Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) do Hubble e o programa 3D-HST. O 3D-HST é um levantamento espectroscópico do infravermelho próximo para estudar os processos físicos que modelam as galáxias no Universo distante. Os astrônomos combinaram estes dados com observações do telescópio Subaru, no Havaí, e do telescópio Spitzer o que lhes permitiu conseguir estimativas precisas para as idades estelares. A partir desta estimativas, foi possível concluir que as galáxias elípticas compactas se formaram em intensas explosões de formação de estrelas ocorridas no interior das galáxias que as terão precedido por um período de até dois mil milhões de anos.

Colaboração: Hubble + Spitzer + Herchel + Subaru + James Clerk Maxwell + Submillimeter Array

Em seguida, a equipe criou a primeira amostra representativa das galáxias submilimétricas mais distantes, usando dados COSMOS do Hubble, os dados dos telescópios espaciais Spitzer e Herschel além de informações fornecidas por telescópios terrestres: o Subaru, o telescópio James Clerk Maxwell e o Submillimeter Array, todos localizados no Havaí. Esta informação multi-espectral, que se estende pelos comprimentos de onda ópticos e pelos submilimétricos, conferiu um conjunto completo de informações sobre os tamanhos, massas estelares, taxas de formação de estrelas, quantidade de poeira e distâncias precisas das galáxias rodeadas de poeira que estiveram presentes no início do Universo.

Quando a equipe de Toft comparou as amostras das duas populações de galáxias, descobriu uma ligação evolutiva entre as galáxias elípticas compactas e as galáxias submilimétricas. As observações mostraram que as violentas explosões de formação de estrelas nas galáxias envoltas em poeira tinham as características que seriam igualmente de prever para os progenitores das galáxias elípticas compactas. A equipe de Toft calculou ainda que a intensa atividade de formação de estrelas no interior das galáxias submilimétricas durou apenas cerca de 40 milhões de anos antes de terminar o fornecimento de gás interestelar.

Os resultados foram publicados em 29 de janeiro de 2014, no Astrophysical Journal.

Fontes

NASA and ESA Space Telescopes Help Solve Mystery of Burned-Out Galaxies

University of Hawaiʻi / Mānoa’s Institute for Astronomy: Astronomer helps solve massive galaxy mystery

Hubblesite: Hubble Helps Solve Mystery of Ultra-Compact, Burned-Out Galaxies

Artigo Científico

ArXiv.org: Sub-millimeter galaxies as progenitors of compact quiescent galaxies  Autores: S. Toft, V. Smolcic, B. Magnelli, A. Karim, A. Zirm, M. Michalowski, P. Capak, K. Sheth, K. Schawinski, J.-K. Krogager, S. Wuyts, D. Sanders, A. W. S. Man, D. Lutz, J. Staguhn, S. Berta, H. Mccracken, J. Krpan, D. Riechers

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