EspaçoGaláxias estão morrendo misteriosamente no universo

Toby Brown, The Conversation3 meses atrásUma imagem da galáxia espiral NGC 4330 no aglomerado de Virgem. O gás quente retirado da pressão Ram é mostrado em vermelho e uma sobreposição azul mostra o gás que forma estrelas. (Fossatie et al. (2018), imagem fornecida pelo autor)
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Nas regiões mais extremas do universo, as galáxias estão morrendo. Suas estrelas estão sendo desativadas e os astrônomos querem saber por quê.

O primeiro grande projeto liderado por canadenses em um dos principais telescópios do mundo espera fazer exatamente isso. O novo programa, chamado Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide survey (VERTICO), está investigando, com detalhes brilhantes, como as galáxias são mortas por seu ambiente.

Como investigador principal da VERTICO, lidero uma equipe de 30 especialistas que estão usando o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) para mapear o gás de hidrogênio molecular, o combustível do qual novas estrelas são feitas, em alta resolução em 51 galáxias em nosso aglomerado galáctico mais próximo, chamado de Aglomerado de Virgem.

Comissionado em 2013, com um custo de US$ 1,4 bilhão, o ALMA é um conjunto de antenas parabólicas conectadas a uma altitude de 5.000 metros no deserto do Atacama, no norte do Chile. É uma parceria internacional entre Europa, Estados Unidos, Canadá, Japão, Coreia do Sul, Taiwan e Chile. Maior projeto astronômico terrestre existente, o ALMA é o telescópio de comprimento de onda milimétrico mais avançado já construído e ideal para estudar as nuvens de gás frio denso que formam novas estrelas, que não podem ser vistas com luz visível.

Grandes programas de pesquisa do ALMA, como o VERTICO, são projetados para abordar questões científicas estratégicas que levarão a um grande avanço no campo de pesquisa.

Aglomerados de galáxias

Onde as galáxias vivem no universo e como elas interagem com seus arredores (o meio intergaláctico que as rodeia) e uns aos outros são influências importantes na sua capacidade de formar estrelas. Mas precisamente como este chamado ambiente dita a vida e a morte das galáxias permanece um mistério.

Os aglomerados de galáxias são os ambientes mais massivos e extremos do universo, contendo muitas centenas ou mesmo milhares de galáxias. Onde você tem massa, você também tem gravidade e as enormes forças gravitacionais presentes nos aglomerados aceleram as galáxias a grandes velocidades, muitas vezes milhares de quilômetros por segundo, e superaquecem o plasma entre galáxias a temperaturas tão altas que ele brilha com luz de raios X.

Nos interiores densos e inóspitos desses aglomerados, as galáxias interagem fortemente com seus arredores e entre si. São essas interações que podem matar – ou extinguir – sua formação estelar.

Entender quais mecanismos de extinção impedem a formação de estrelas e como eles o fazem é o foco principal da pesquisa da colaboração VERTICO.

O ciclo de vida das galáxias

À medida que as galáxias caem através de aglomerados, o plasma intergaláctico pode rapidamente remover seu gás em um processo violento chamado de ram pressure stripping. Quando você remove o combustível para a formação de estrelas, você efetivamente mata a galáxia, transformando-a em um objeto morto no qual nenhuma nova estrela é formada.

Além disso, a alta temperatura dos aglomerados pode impedir o resfriamento do gás quente e a condensação em galáxias. Neste caso, o gás na galáxia não é removido ativamente pelo ambiente, mas é consumido à medida que forma estrelas. Esse processo leva a um desligamento lento e inexorável na formação de estrelas conhecido, um tanto mórbido, como fome ou estrangulamento.

Embora esses processos variem consideravelmente, cada um deixa uma marca única e identificável no gás formador de estrelas da galáxia. A junção dessas impressões para formar uma imagem de como os aglomerados impulsionam mudanças nas galáxias é um dos principais focos da colaboração VERTICO. Com base em décadas de trabalho para fornecer insights sobre como o ambiente impulsiona a evolução das galáxias, nosso objetivo é adicionar uma nova peça crítica do quebra-cabeça.

Uma investigação ideal

O aglomerado de Virgem é um local ideal para um estudo bem detalhado do ambiente. É o nosso aglomerado de galáxias massivo mais próximo e está em processo de formação, o que significa que podemos obter um instantâneo das galáxias em diferentes estágios de seus ciclos de vida. Isso nos permite construir um quadro detalhado de como a formação de estrelas é interrompida nas galáxias de aglomerados.

Galáxias no aglomerado de Virgem foram observadas em quase todos os comprimentos de onda no espectro eletromagnético (por exemplo, rádio, luz óptica e ultravioleta), mas observações de gás formador de estrelas (feitas em comprimentos de onda milimétricos) com a sensibilidade e resolução necessárias ainda não existem. Como um dos maiores levantamentos de galáxias do ALMA até hoje, a VERTICO fornecerá mapas de alta resolução do gás hidrogênio molecular – o combustível bruto para a formação de estrelas – para 51 galáxias.

Com os dados do ALMA para esta grande amostra de galáxias, será possível revelar exatamente quais mecanismos de extinção, ram pressure stripping ou fome, estão matando galáxias em ambientes extremos e como.

Ao mapear o gás formador de estrelas em galáxias que são os exemplos de extinção impulsionada pelo ambiente, VERTICO fará avançar nossa compreensão atual de como as galáxias evoluem nas regiões mais densas do universo.

Toby Brown é pós-doutorado em Astrofísica, da Universidade McMaster.

Este artigo foi traduzido de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.