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Identificada a origem das primeiras estruturas formadas em galáxias como a Via Láctea

Com o objetivo de caracterizar as propriedades das populações estelares dos bojos galácticos, uma equipa internacional, liderada pelo Centro de Astrobiologia (CAB, CSIC-INTA), e na qual participa o Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), estudou, com o telescópio GTC (Gran Telescopio Canarias), uma amostra representativa de galáxias de disco e esferoidais (sem disco) presente numa zona de céu profundo localizada na constelação da Ursa Maior. Desta forma, os investigadores foram capazes de determinar como se formaram e desenvolveram estas estruturas galácticas. Os resultados deste estudo foram publicados recentemente na revista The Astrophysical Journal.

Exemplo de galáxia espiral próxima, M81, onde se identifica facilmente o bolbo e o disco. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA.

Os investigadores centraram o estudo em galáxias massivas, de disco e esferoidais, usando imagens do Telescópio Espacial Hubble e dados espectrais do projeto SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), um programa de observação de toda a região GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey – North) em 25 filtros diferentes realizado com o instrumento OSIRIS do GTC (Gran Telescopio Canarias), o maior telescópio óptico e infravermelho do mundo, localizado no Observatório de Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma).

A análise dos dados permitiu descobrir algo inesperado: a formação de bolbos em galáxias de disco deu-se em duas vagas. Um terço dos bolbos formou-se à volta de um desvio para o vermelho (redshift) de aproximadamente 6.2, que corresponde a uma época do início do Universo, quando este tinha apenas 5% da idade atual, uns 900 milhões de anos. “Estes bolbos são relíquias das primeiras estruturas formadas no Universo, que descobrimos escondidas em galáxias de disco mais próximas”, assinalou Luca Costantin, investigador do CAB através do programa Atracción de Talento de la Comunidad de Madrid, e principal autor do estudo.

Por outro lado, quase dois terços dos bojos observados apresentam um valor médio de redshift à volta de 1.3, o que significa que a sua formação é muito mais recente, correspondendo a uns quatro mil milhões de anos, ou a quase 35% da idade do Universo.

Imagens de algumas galáxias estudadas no presente trabalho, muito mais distantes e mais fracas, pelo que o estudo das suas estruturas é mais complexo e só é possível com dados muito precisos fornecidos pelo GTC e pelo Hubble. À esquerda e ao centro temos duas galáxias de disco, à direita, uma galáxia esferoidal. Crédito: Luca Costantin et al.

Uma característica peculiar que permite distinguir as duas vagas é que os bolbos centrais da primeira vaga, os mais antigos, são mais compactos e densos que os formados na segunda, os mais recentes. Além disso, os dados das galáxias esferoidais na amostra mostram um valor médio de desvio para o vermelho de 1.1, o que sugere que se formaram na mesma época que os bolbos da segunda vaga.

“A ideia que está por detrás da técnica utilizada para observar as estrelas do bojo central é bastante simples, mas não foi possível aplicá-la até terem sido desenvolvidos métodos que permitissem separar a luz proveniente das estrelas do bojo central da luz das estrelas do disco, em concreto, os algoritmos GASP2D e C2D que desenvolvemos recentemente e que nos permitiram alcançar uma precisão sem precedentes”, disse Jairo Méndez Abreu, investigador da Universidade de Granada (UGR), anteriormente investigador pós-doc Severo Ochoa no IAC, e coautor do artigo.

Outro resultado importante do estudo é que as duas vagas de formação de bolbos diferem não apenas em termos da idade das estrelas, mas também em termos de taxas de formação estelar. Os dados indicam que as estrelas nos bolbos da primeira vaga se formaram rapidamente, em escalas de tempo típicas de 200 milhões de anos. Em contrapartida, uma fração significativa das estrelas dos bojos da segunda vaga exigiu tempos de formação cinco vezes mais longos, da ordem dos mil de milhões de anos.

Imagem do estudo de céu profundo do Hubble, denominado GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey – North). Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), P. Oesch (University of California, Santa Cruz; Yale University), R. Bouwens and I. Labbé (Leiden University), and the scientific team.

“Descobrimos que o Universo tem duas maneiras de formar a parte central de galáxias como a nossa: começando cedo e operando depressa, ou demorando a começar e acabando por formar também um grande número de estrelas no que conhecemos como bolbo”, disse Pablo G. Pérez González, investigador do CAB e investigador principal do projeto SHARDS, que forneceu dados essenciais para este estudo. Nas palavras de Antonio Cabrera, chefe de Operações Científicas do GTC, “o SHARDS é um exemplo perfeito do que é possível conseguir se combinarmos a enorme capacidade de recolha do GTC e as extraordinárias condições do Observatório de Roque de los Muchachos, ao produzir 180 horas de dados com excelente qualidade de imagem, que foram essenciais para a deteção dos objetos aqui analisados ​​”.

Como assinala Paola Dimauro, investigadora do Observatório Nacional do Brasil e coautora deste artigo, “este estudo permitiu-nos explorar a evolução morfológica e o historial da montagem dos componentes estruturais das galáxias, tal como se fosse um estudo arqueológico, analisando a informação codificada nos milhões de estrelas de cada galáxia. O mais interessante foi constatar que nem todas as estruturas surgiram ao mesmo tempo, nem da mesma forma”.

Os resultados deste estudo permitiram estabelecer um curioso paralelismo entre a formação e a evolução ao longo do tempo das galáxias de disco e a criação e desenvolvimento de uma grande cidade ao longo de séculos. Assim, tal como muitas cidades possuem centros históricos, mais antigos, que albergam velhos edifícios em ruas estreitas e desordenadas, os resultados deste trabalho sugerem que determinados centros de galáxias massivas de disco albergam alguns dos mais antigos esferoides formados no Universo, e que foram adquirindo material e formando discos mais lentamente, de modo análogo à formação de novos bairros periféricos nas cidades.

O Gran Telescopio Canarias e os Observatórios do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) fazem parte da rede de Infraestruturas Científicas e Técnicas Singulares (ICTS) de Espanha.

Fonte da notícia: IAC

Tradução: Teresa Direitinho

 

The origin of the first structures formed in galaxies like the Milky Way identified

An international team of scientists led from the Centre for Astrobiology (CAB, CSIC-INTA), with participation from the Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), has used the Gran Telescopio Canarias (GTC) to study a representative sample of galaxies, both disc and spheroidal, in a deep sky zone in the constellation of the Great Bear to characterize the properties of the stellar populations of galactic bulges. The researchers have been able to determine the mode of formation and development of these galactic structures. The results of this study were recently published in The Astrophysical Journal.

An example of a nearby spiral galaxy, M81, where the bulge and the disc are easily identified. Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA.

The researchers focused their study on massive disc and spheroidal galaxies, using imaging data from the Hubble Space Telescope and  spectroscopic data from the SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources) project, a programme of observations over the complete GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey – North) region through 25 different filters taken with the OSIRIS instrument on the Gran Telescopio Canarias (GTC), the largest optical and infrared telescope in the world, at the Roque de los Muchachos Observatory (Garafía, La Palma, Canary Islands). […] Read the original article at IAC.

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