Decifrando as galáxias compactas do universo antigo

EurekAlert

Link para o original: Deciphering compact galaxies in the young universe

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Os pontos vermelhos representam os dados observados; a maior parte deles tem formas alongadas e as galáxias maiores tendem a ter uma elipticidade maior. As regiões em cinza representam as distribuições prováveis segundo cálculos de simulações em computador. Quando duas galáxias estão muito próximas, podem parecer uma única galáxia alongada, como mostram as figuras menores nas laterais.

Imagem cortesia de Ehime University

Um grupo de pesquisadores, empregando o instrumento Suprime-Cam do Telescópio Subaru, descobriu cerca de 80 jovens galáxias que existiram no universo primordial, em torno de 1,2 bilhões de anos após o Big Bang. A equipe, que tem membros da Ehime University, Nagoya University, Tohoku University, Space Telescope Science Institute (STScI) nos EUA e do California Institute of Technology, fizeram então análises detalhadas dos dados imageados dessas galáxias obtidas pela Advanced Camera for Surveys (ACS) do Telescópio Espacial Hubble. Ao menos 54 dessas galáxias têm imagens que permitem resolução espacial nas imagens da ACS. Entre estas, 8 galáxias exibem estruturas com dois componentes e as restantes 46 parecem ter estruturas alongadas. Através de pesquisas subsequentes, empregando uma simulação em computador, o grupo descobriu que as estruturas alongadas podem ter essa aparência se forem duas ou mais galáxias bem próximas entre si.

Estes resultados são um forte indício de que, após 1,2 bilhões de anos após o Big Bang, os aglomerados de galáxias do universo jovem cresceram, para se tornarem grandes galáxias através de fusões, o que, por sua vez, provoca uma ativa formação de estrelas. Esta pesquisa foi realizada coo parte do programa do legado do Telescópio Espacial Hubble, “Cosmic Evolution Survey (COSMOS)”. A poderosa capacidade de pesquisa do Telescópio Subaru forneceu a base de dados essencial para os objetos do estudo sobre o universo primevo.

A Importância do Estudo das Galáxias Primevas

No universo atual, a 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, existem muitas galáxias como a nossa Via Láctea, que contém cerca de 200 bilhões de estrelas em um disco com cem mil anos luz de diâmetro. Entretanto, definiitivamente não havia galáxias como ela pouco depois do Big Bang.

Essas aglomerações pré-galáticas parecem ter se formado no universo cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang. Elas eram nuvens de gás frio, muito menores do que as atuais galáxias gigantes (cem vezes menores), com massas menores (um milhão de vezes menores). As primeiras galáxias se formaram quando as primeiras estrelas nasceram nessas aglomerações de gás. Essas pequenas aglomerações galáticas começaram, então, a se fundir com aglomerações próximas e, eventualmente, formaram as grandes galáxias.

Muito esforço tem sido dispendido nessas buscas profundas para detectar galáxias ativas com formação de estrelas no universo jovem. Como resultado, já se sabe que as galáxias mais antigas ficam a mais de 13 bilhões de anos luz. Nós as vemos em uma época em que o universo tinha somente 800 milhões de anos (ou cerca de 6% de sua idade atual). Entretanto, uma vez que a mioria das galáxias do universo jovem eram bem pequenas, não se conseguiu estudar suas estruturas em detalhes.

A Exploração do Universo Primevo com o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Subaru

Enquanto o grande campo de observação do Telescópio Subaru desempenhou um papel importante em localizar essas jovens galáxias, a alta resolução espacial do Telescópio Espacial Hubble foi necessária para investigar os detalhes de seus formatos e suas estruturas internas. A equipe de pesquisas olhou para um ponto a 12,6 bilhões de anos no passado com uma abordagem por duas vias. O primeiro passo foi usar o Telescópio Subaru para uma busca profunda das galáxias primitivas e prosseguir com a investigação de seus formatos com a Advanced Camera for Surveys (ACS) a borod do Hubble. A ACS revelou que 8 das 54 galáxias tiham estruturas duplas, parecendo com a fusão de duas galáxias¹.

Então, apareceu a dúvida sobre se as outras 46 galáxias observadas eram mesmo galáxias individuais. Aqui, a equipe de pesquisa questionou quantas dessas galáxias exibiam formatos alongados nas imagens do Hubble. Isto porque tais aspectos alongados, junto com uma correlação positiva entre elipticidade² e tamanho, são um forte indício de que duas galáxias são tão próximas entre si que, com a atual resolução máxima da ACS, não se pode distinguir uma coisa de outra.

Para verificar se a ideia de galáxias próximas em um espaço apertado era viável, os pesquisadores usaram as assim chamadas simulações em computador de Monte Carlo. Primeiro, o grupo colocou duas fontes artificiais em posições aleatórias, com váris separações angulares, sobrepondo-as às imagens reais da ACS. Depois, o grupo tentou extrair as imagens com o mesmo método para as verdadeiras observações da ACS e mediu suas elipticidades e tamanhos.

A distribuição simulada bateu muito bem com os resultados observados. Ou seja, a maioria das galáxias vistas como uma fonte individual nas imagens da ACS poderiam ser mesmo duas galáxias em fusão. Entretanto, a distância entre duas galáxias em fusão é tão pequena que nem a alta resolução do Hubble consegue distinguí-las!

Se a ideia for válida para galáxias que parecem ser individuais, é possível presumir que as galáxias com as maiores taxas de atividade tenham menor tamanho. Isso é uma decorrência de que tamanhos menores implicam em uma menor separação entre duas galáxias em fusão. Se for mesmo o caso, tais galáxias estariam passando por uma intensa fase de formação de estrelas causada pela própria fusão.

Por outro lado, algumas galáxias com os menores tamanhos são pares razoavelmente separados, porém o ângulo de visada as faz parecer que são apenas uma, ou são mesmo galáxias formadoras de estrelas isoladas. Estas têm basicamente o mesmo tamanho de galáxias grandes.

A equipe confirmou que a relação observada entre atividade de formação de estrelas e tamanho é consistente com a ideia aventada pela equipe.

Até agora, os formatos e as estruturas das pequenas galáxias foram investigados com a ACS no Hubble. Se a fonte tivesse sido identificada como única pela ACS, ela foi tratada como uma única galáxia e seus parâmetros morfológicos foram avaliados. Esta pesquisa sugere que uma tal galáxia pequena pode consistir de duas (ou, talvez, mais) galáxias tão próximas que não podem ser distinguidas mesmo pela grande resolução angular da ACS.

Olhando para o Futuro pelo Estudo do Passado

As teorias correntes de formação de galáxias prediz que pequenas galáxias no universo jovem evoluíram em grandes galáxias através de fusões sucessivas. A pergunta permanece: qual será o próximo passo nos estudos e observações dobre a formação de galáxias no universo jovem? Esta é uma fronteira que precisa dos futuros “super-telescópios”, tais como o Telescópio de Trinta Metros e o Telescópio Espacial James Webb. Eles permitirão as próximas descobertas no estudo da formação das primeiras galáxias e sua evolução.

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Notas:

1. Um tamanho médio (ou seja, o diâmetro médio do círculo que engloba metade da luz total da galáxia) de galáxias individuais é de cerca de 5,5 mil anos luz. Uma distância média entre duas pequenas galáxias será de 13.000 anos luz.

2. A elipticidade é definida como 1 – b/a, onde a e b representam os raios maior e menor de uma eslipse. No caso de um círculo, a elipticidade será igual a zero, já que a = b. Um formato mais alongado corresponde a uma maior elispticidade.

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