Combinando o poder de uma lente natural no espaço com o do Telescópio Espacial Hubble, os astrónomos descobriram o primeiro exemplo de uma galáxia compacta e massiva, em forma de disco e a girar a grande velocidade, que deixou de produzir estrelas apenas alguns milhares de milhões de anos após o Big Bang.

Segundo os investigadores, a descoberta de uma galáxia como esta numa fase tão inicial da história do Universo desafia o conhecimento que atualmente existe sobre a formação e evolução das galáxias massivas.

A galáxia MACS2129-1
Agindo como um telescópio natural no espaço, a gravidade do enorme enxame de galáxias em primeiro plano (MACS J2129-0741) amplia, ilumina e distorce a galáxia MACS2129-1 em plano de fundo distante, que se vê no quadrado superior da imagem. O quadrado do meio é uma aproximação. No quadrado inferior, pode ver-se uma imagem reconstruída, com base no modelo que mostra como seria a galáxia se o enxame não estivesse presente. A galáxia surge vermelha porque está tão distante que a sua luz é desviada para a parte vermelha do espectro. Créditos: NASA, ESA, S. Toft (University of Copenhagen), M. Postman (STScI), and the CLASH team.

Quando o Hubble fotografou a galáxia, os astrónomos esperavam ver um aglomerado caótico de estrelas, resultado da fusão de várias galáxias. Em vez disso, perceberam que as estrelas tinham nascido num disco achatado.

Esta é a primeira prova observacional de que pelo menos algumas das primeiras galáxias que já estão mortas – ou seja, nas quais a formação estelar já terminou – evoluíram de uma galáxia espiral em forma de disco, semelhante à Via Láctea, para uma galáxia elíptica gigante.

Encontrar este padrão de rotação estelar numa galáxia morta é surpreendente e vai contra a teoria dominante no que diz respeito à formação de galáxias elípticas logo após o Big Bang.

Os astrónomos distinguem as galáxias em dois grupos principais: galáxias espirais em forma de disco, como a Via Láctea, e galáxias elípticas. Enquanto as do primeiro tipo ainda estão a formar estrelas a partir das suas reservas de gás, nas do segundo a formação de estrelas já praticamente cessou, razão pela qual se lhes dá o nome de galáxias mortas.

Além disso, os movimentos estelares diferem nos dois grupos principais: na Via Láctea e em outras galáxias em forma de disco, as estrelas giram com uma regularidade previsível, mas os movimentos estelares em galáxias elípticas são bem mais caóticos, ocorrendo em todas as direções.

“Era isso que esperávamos encontrar quando examinámos mais de perto esta galáxia. Mas a nova descoberta pode obrigar-nos a repensar todo o contexto cosmológico de evolução de galáxias,” disse Sune Toft, do Dark Cosmology Center do Instituto Niels Bohr, da Universidade de Copenhaga, Dinamarca, que liderou este estudo.  Os estudos prévios relativos a galáxias mortas distantes assumiam que as suas estruturas eram semelhantes às das galáxias elípticas locais. “Talvez tenhamos ignorado a possibilidade de as galáxias mortas distantes poderem ser em forma de disco apenas por nunca antes termos conseguirmos observar qualquer disco.”

À partida, para fazer uma descoberta como esta seriam necessários telescópios espaciais mais poderosos que os que hoje existem. No entanto, através do fenómeno de “lente gravitacional”, no qual um conjunto de galáxias de grande massa em primeiro plano atua como uma lente natural no espaço, é possível observar imagens ampliadas e distorcidas das galáxias em plano de fundo, muito mais distantes. Juntando as imagens de uma lente natural de este tipo com o poder de resolução do Hubble, os cientistas conseguiram observar o centro desta galáxia morta.

MACS2129-1 em comparação com a Via Láctea.
Ilustração que mostra como seria o disco da jovem galáxia morta MACS2129-1, à direita, quando comparado com o da Via Láctea, à esquerda. Embora tenha três vezes mais massa, tem apenas metade do tamanho e gira com uma velocidade mais de duas vezes superior à da Via Láctea. Note-se que na Via Láctea há regiões azuis devidas à formação estelar, mas a galáxia jovem e morta é amarela, o que significa que tem uma população de estrelas mais velha e que não há nascimentos. Créditos: NASA, ESA and Z. Levy (STScI).

A galáxia distante, a 10 mil milhões de anos-luz e que tem o nome de MACS2129-1, tem três vezes mais massa que a Via Láctea, mas possui apenas metade do seu tamanho. As medições da velocidade de rotação, realizadas com o VLT (Very Large Telescope) do Observatório Europeu do Sul, mostraram que o disco da galáxia gira a uma velocidade mais de duas vezes superior à da Via Láctea.

Com a ajuda do arquivo de dados da pesquisa CLASH (Cluster Lensing And Supernova), realizada com o Hubble, Toft e a sua equipa foram capazes de determinar a massa estelar, a taxa de formação de estrelas e as idades das estrelas.

A razão pela qual a galáxia parou de formar estrelas ainda é desconhecida. Pode ter sido resultado de um núcleo galáctico ativo, com a energia do buraco negro supermassivo a inibir a formação de estrelas, aquecendo o gás ou expulsando-o da galáxia. Pode também ter sido devido à compressão rápida e aquecimento do fluxo de gás que entra na galáxia, impedindo o gás de arrefecer e de formar nuvens que dão origem às estrelas.

Mas como evoluem estes discos jovens, massivos e compactos para as galáxias elípticas que vemos no Universo atual? “Provavelmente através de fusões,” disse Toft, acrescentando: “Se estas galáxias crescem através da fusão com outras galáxias mais pequenas, e se as galáxias mais pequenas surgem em grande número e de todos os ângulos, o processo acaba eventualmente por tornar aleatórias as órbitas das estrelas nas galáxias. Podemos ainda imaginar grandes fusões, que também destroem o movimento ordenado das estrelas.”

Os resultados deste trabalho vêm publicados na edição de 22 de junho da revista Nature. Toft e a sua equipa esperam poder usar o futuro telescópio espacial James Webb para procurarem mais galáxias como esta.

Fontes da notícia: NASA e NBI

 

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