Como as Galáxias param de fazer estrelas?
Estudos indicam que galáxias empoeiradas com formação estelar esgotam potencial de gerar novas estrelas após colisões e fusões com outras galáxias
A relação entre dois grupos de galáxias massivas e seu papel no funcionamento do Universo é explicado por pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, em artigo da revista Astronomy & Astrophysics. Por meio de um modelo computacional, os cientistas calculam que as galáxias empoeiradas com formação estelar esgotam seu potencial como “fábrica” de novas estrelas após sucessivas colisões e fusões com outras galáxias. Esse processo dá origem a galáxias quiescentes massivas, onde quase não há formação de estrelas.
“Nosso objetivo foi entender como se formaram e evoluíram algumas das galáxias mais massivas, que encontramos no chamado meio-dia cósmico, quando o Universo tinha entre 1 e 4 bilhões de anos, bem mais jovem que atualmente”, afirmam à reportagem Pablo Andrés Araya Araya, primeiro autor do artigo, tema de sua tese de doutorando no IAG, orientada pelo professor Laerte Sodré Jr. “Em particular, investigamos se existe uma conexão evolutiva entre duas populações extremas: as galáxias empoeiradas com intensa formação de estrelas e as galáxias quiescentes massivas, que já pararam de formar estrelas nessa época do Universo.”
“As galáxias empoeiradas com formação estelar são ‘fábricas de estrelas’. Elas são massivas e produzem centenas ou até milhares de estrelas a mais por ano que a nossa Via Láctea”, explica o pesquisador. “Porém, grande parte dessa luminosidade fica escondida atrás de imensas quantidades de poeira cósmica, o que faz com que elas sejam difíceis de observar com telescópios que operam na faixa óptica do espectro.”
Segundo Araya Araya, as galáxias quiescentes massivas são galáxias que, como o nome indica, também possuem uma grande massa, mas praticamente deixaram de formar novas estrelas. “Esse tipo de galáxia é comum em aglomerados no Universo local, mas não no meio-dia cósmico”, observa. “A problemática fundamental é que ambos os tipos de galáxias coexistiam quando o Universo tinha apenas entre 1 e 4 bilhões de anos de idade.”
De acordo com o pesquisador, há vários anos, os astrônomos suspeitam que as galáxias empoeiradas com intensa formação estelar possam ser as progenitoras das galáxias quiescentes massivas no Universo local. “A ideia é que uma galáxia passe por uma fase de crescimento extremamente rápido, formando muitas estrelas, e depois interrompa esse processo, tornando-se uma galáxia quiescente”, destaca.
“No entanto, essa conexão não necessariamente era válida para as galáxias massivas quiescentes no meio-dia cósmico”, pontua Araya Araya. “Essa hipótese não tinha sido testada corretamente do ponto de vista teórico, principalmente porque muitos modelos de formação e evolução de galáxias têm muitas dificuldades para reproduzir esse tipo de galáxia, ainda mais as duas ao mesmo tempo. Inclusive, não existe modelo teórico, hoje, que consiga reproduzir a abundância destes dois tipos de galáxias simultaneamente.”
O estudo foi baseado principalmente em modelos computacionais de formação e evolução de galáxias. “Em particular, usamos um modelo semi-analítico chamado L-Galaxies, um conjunto de equações com parâmetros livres que descrevem os mecanismos físicos que governam a formação e evolução das galáxias, utilizando como base predições de simulações de apenas matéria escura”, descreve o pesquisador. “Em um trabalho anterior, também parte da tese de doutorado, calibramos estes parâmetros livres com observações e achamos uma versão que razoavelmente reproduz as duas populações de galáxias.”
Araya Araya salienta que o modelo desenvolvido na pesquisa prediz que existe uma forte conexão evolutiva entre essas populações. “Praticamente todas as galáxias quiescentes massivas observadas no meio-dia cósmico passaram anteriormente por uma fase em que eram galáxias empoeiradas com intensa formação estelar”, aponta.
“Durante essa fase, elas formam rapidamente uma parte de sua massa estelar. Em seguida, um evento de colisão e fusão violenta entre galáxias gera surtos de formação estelar e o crescimento de um buraco negro supermassivo. Esses dois processos esgotam o gás disponível para formar novas estrelas, fazendo com que a galáxia se torne quiescente”, relata o cientista. “Por outro lado, nem todas as galáxias empoeiradas com formação estelar vão se tornar quiescentes no meio-dia cósmico. O que determinará essa evolução é quando acontece o primeiro evento de fusão.”
Mais que a contribuição para o estudo sobre a origem do Universo, o trabalho está mais focado no seu funcionamento, comenta o pesquisador. “Compreender como as galáxias mais massivas surgiram e evoluíram é uma das principais questões da astrofísica moderna”, diz. “Modelos teóricos e a sua comparação com dados observacionais são chave para testar se o nosso entendimento de diferentes processos físicos, em conjunto, está indo na direção correta.”
“Nosso trabalho ajuda a explicar como algumas galáxias cresceram tão rapidamente nos primeiros bilhões de anos e por que elas deixaram de formar estrelas tão cedo”, declara o cientista. “Além disso, nossos resultados fornecem um cenário teórico consistente que pode ser testado por observações futuras, contribuindo para uma compreensão mais completa da evolução de galáxias ao longo do tempo cósmico.”
Araya Araya acrescenta que embora o trabalho não tenha analisado diretamente novos dados observacionais, ele foi desenvolvido para reproduzir resultados obtidos por telescópios modernos. “Por exemplo, galáxias empoeiradas com formação estelar são amplamente observadas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), enquanto galáxias quiescentes massivas com o recente Telescópio Espacial James Webb (JWST)”, conclui.
Além do grupo de pesquisa no IAG, que inclui Araya Araya, Laerte Sodré Jr. e Marcelo Vicentin, que também concluiu o doutorado, o estudo teve a colaboração de Rachel Cochrane e Chris Hayward, do Center for Computational Astrophysics (CCA) do Flatiron Institute, em Nova York, Robert Yates, da University of Hertfordshire, Reino Unido, e Marcel van Daalen, da Leiden University, Países Baixos, especialistas no modelo usado no estudo. Também participaram do trabalho Bitten Gullberg e Francesco Valentino, do grupo Cosmic Dawn Center (DAWN) da Technical University of Denmark, na Dinamarca, especializados na observação de galáxias empoeiradas com formação estelar e as primeiras massivas quiescentes, respectivamente. Atualmente, Araya Araya realiza estudos de pós-doutoramento na Technical University of Denmark.
Matéria: Júlio Bernardes | Jornal da USP.