Galáxia Anã do Escultor, uma vizinha tímida

A Galáxia Anã do Escultor, que pode ser vista nesta imagem obtida pela câmara Wide Field Imager, instalada no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros no Observatório de La Silla do ESO, é uma vizinha da nossa Galáxia, a Via Láctea.

Apesar da sua proximidade, ambas as galáxias têm histórias muito diferentes. Esta galáxia é muito mais pequena e velha do que a Via Láctea, o que a torna um objecto valioso para estudar tanto a formação estelar como a formação galáctica no Universo primordial.

No entanto, devido ao seu brilho fraco, este estudo não se revela nada fácil. A Galáxia Anã do Escultor — também conhecida por Galáxia Anã Elíptica do Escultor ou Galáxia Anã Esferoidal do Escultor — é, como o nome indica, uma galáxia anã esferoidal e uma das 14 galáxias satélite que se sabe orbitarem a Via Láctea.

Estes objectos galácticos situam-se próximo do halo extenso da Via Láctea, uma região esférica que se estende muito para além dos braços em espiral da nossa galáxia. Como o seu nome indica, esta galáxia situa-se na constelação austral do Escultor, a cerca de 280 mil anos-luz de distância da Terra.

Apesar da sua "proximidade", a galáxia do Escultor foi apenas descoberta em 1937, uma vez que as estrelas são ténues e se encontram muito espalhadas pelo céu. Embora seja difícil de encontrar, a Galáxia Anã do Escultor estava entre as primeiras galáxias anãs que se descobriram em órbita da Via Láctea.

A forma minúscula da galáxia intrigou os astrónomos na altura da sua descoberta, mas actualmente as galáxias anãs esferoidais desempenham um papel importante ao permitirem que os astrónomos investiguem mais profundamente o passado do Universo.

Pensa-se que a Via Láctea, como todas as galáxias grandes, se formou no Universo primordial a partir de outras galáxias mais pequenas. Se algumas destas pequenas galáxias existem ainda hoje, então deverão conter muitas estrelas extremamente velhas.

A Galáxia Anã do Escultor corresponde a uma galáxia primordial, já que possui um enorme número de estrelas velhas, estrelas estas que podem ser vistas na imagem. Os astrónomos conseguem determinar a idade das estrelas na galáxia, porque a radiação emitida transporta as assinaturas de apenas uma pequena quantidade de elementos químicos pesados. Estes elementos pesados acumulam-se nas galáxias com o passar de sucessivas gerações de estrelas. Um nível baixo de elementos pesados indica por isso que a idade média das estrelas na Galáxia Anã do Escultor é elevada. Esta quantidade de estrelas velhas faz com que a Galáxia Anã do Escultor seja um bom alvo de estudo dos períodos iniciais da formação estelar.

Num estudo recente os astrónomos combinaram todos os dados disponíveis desta galáxia e criaram a história de formação estelar mais precisa determinada até à data para uma galáxia anã esferoidal. Esta análise revelou dois grupos distintos de estrelas na galáxia.

O primeiro grupo predominante corresponde a população velha, com falta de elementos pesados. O segundo grupo mais pequeno é, em contraste, rico em elementos pesados. Tal como os jovens se concentram no centro das grandes cidades, também esta população estelar jovem está concentrada na direcção do núcleo da galáxia. As estrelas no seio das galáxias anãs, como a Galáxia Anã do Escultor, podem ter histórias de formação estelar complexas. No entanto, como a maioria das estrelas nestas galáxias se encontram isoladas umas das outras e não interagem durante milhares de milhões de anos, cada grupo de estrelas segue o seu próprio percurso de evolução estelar.

O estudo das semelhanças das histórias das galáxias anãs e dos seus desvios ocasionais, contribui para compreendermos a evolução de todas as galáxias, desde as mais tímidas anãs às maiores espirais. É por isso que os astrónomos têm muito a aprender com as vizinhas da Via Láctea.

Texto e foto: ESO

MUSE revela história de uma colisão galáctica

Imagem MUSE da galáxia ESO 137-01, na qual está a ser exercida uma pressão de varrimento Foto: ESO

O novo instrumento MUSE montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO deu aos astrónomos a melhor imagem de sempre de uma colisão cósmica espetacular. As novas observações revelam, pela primeira vez, o movimento do gás à medida que é arrancado da galáxia ESO 137-001, quando esta entra a alta velocidade num enorme enxame de galáxias.

Os resultados contêm a chave para a solução de um mistério de longa data - porque é que a formação estelar se desliga em enxames de galáxias. Uma equipa de investigadores liderada por Michele Fumagalli do Grupo de Astronomia Extragaláctica e do Instituto de Cosmologia Computacional, da Universidade de Durham, esteve entre as primeiras a utilizar o instrumento do ESO Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), montado no VLT.

Ao observar a ESO 137-001 - uma galáxia em espiral situada a 200 milhões de anos-luz de distância, na constelação do Triângulo Austral - a equipa conseguiu obter a melhor vista de sempre do que acontece exatamente à galáxia à medida que esta se precipita a alta velocidade no Enxame Norma. O MUSE dá aos astrónomos não apenas uma imagem, mas também um espectro - ou banda de cores - para cada pixel do campo.

Com este instrumento os investigadores colectam cerca de 90 000 espectros de cada vez que observam um objeto, e deste modo obtêm um mapa extremamente detalhado quer do movimento quer doutras propriedades dos objetos observados.

A ESO 137-001 está a ficar sem o seu material primário devido a um processo chamado pressão de varrimento, processo este que ocorre quando um objeto se move a alta velocidade num meio líquido ou gasoso. Trata-se de um fenómeno semelhante ao efeito do ar a soprar para trás o pelo de um cão quando o animal põe a cabeça fora da janela de um carro em movimento. Neste caso, o gás faz parte da vasta nuvem de gás ténue muito quente que envolve o enxame de galáxias, no qual a ESO 137-001 está a “cair” com uma velocidade de vários milhões de quilómetros por hora.

A galáxia está a ficar sem a maior parte do seu gás - o combustível necessário para dar origem às próximas gerações de estrelas jovens azuis. A ESO 137-001 encontra-se no meio deste processo e está precisamente a passar de uma galáxia azul rica em gás a uma galáxia vermelha pobre em gás. Os cientistas pensam que o processo agora observado irá ajudar a resolver um enigma científico de longa data.

“Uma das principais tarefas da astronomia moderna é descobrir como e por que é que as galáxias nos enxames evoluem de azuis para vermelhas num período de tempo muito curto,” diz Fumagalli. “Conseguir observar uma galáxia mesmo quando ela está nesta fase de transformação permite-nos investigar como é que isto acontece.”

Observar este espetáculo galáctico não é, no entanto, nada fácil. O Enxame Norma situa-se próximo do plano da nossa galáxia, a Via Láctea, e por isso está escondido por trás de enormes quantidades de poeira e gás galácticos. Com a ajuda do MUSE, montado num dos Telescópios Principais de 8 metros do VLT, no Observatório do Paranal, no Chile, os cientistas puderam não apenas detectar o gás na galáxia e em torno dela, mas também viram como é que este gás se desloca.

O novo instrumento é tão eficiente que uma única hora de observação permitiu obter uma imagem de alta resolução da galáxia e também a distribuição e movimento do seu gás. As observações mostram que a periferia da ESO 137-001 já não contém gás, o que se deve ao facto do gás existente no enxame - com um temperatura de milhões de graus - empurrar o gás mais frio para fora da ESO 137-001 à medida que esta avança em direção ao centro de enxame. O efeito dá-se primeiro nos braços em espiral, onde as estrelas e a matéria estão distribuídas de forma mais dispersa do que no centro e onde a gravidade tem um efeito relativamente fraco sobre o gás.

No centro da galáxia, no entanto, a força gravitacional é suficientemente forte para aguentar mais tempo este puxão cósmico e por isso ainda se observa gás nesta região. Eventualmente, todo o gás da galáxia será varrido ficando em longas faixas brilhantes por trás da ESO 137-001 - restos que mostram o efeito dramático deste fenómeno. O gás que é arrancado à galáxia mistura-se com o gás quente do enxame formando magníficas caudas que se estendem por mais de 200 000 anos-luz.

A equipa observou cuidadosamente estas correntes de gás, no intuito de compreender melhor a turbulência criada pela interacção. De forma surpreendente, as novas observações MUSE desta pluma de gás mostram que o gás continua a rodar do mesmo modo que a galáxia, mesmo depois de ter sido arrancado à galáxia e ter sido varrido para o espaço. Adicionalmente, os investigadores conseguiram determinar que a rotação das estrelas na ESO 137-001 permanece inalterada, o que nos dá evidências adicionais de que é o gás do enxame, e não a gravidade, o responsável por “despir” a galáxia.

Matteo Fossati (Universitäts-Sternwarte München e Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha) e co-autor do artigo científico que descreve estes resultados conclui: “Com os pormenores revelados pelo MUSE conseguimos compreender melhor os processos físicos que estão em jogo nestas colisões. Pudemos observar os movimentos da galáxia e do gás com todo o detalhe - algo que não seria possível sem este novo instrumento único que é o MUSE. Estas observações, e outras no futuro, ajudar-nos-ão a compreender melhor o processo de evolução das galáxias.”

Da génese violenta das galáxias em disco

Distribuição do gás molecular em 30 galáxias em fusão Fonte: ESA

Durante décadas os cientistas acreditaram que da fusão de galáxias resultavam geralmente galáxias elípticas. Agora, e pela primeira vez, os investigadores, com o auxílio do ALMA e um conjunto de outros rádio telescópios, descobriram provas directas de que as galáxias em fusão podem também dar origem a galáxias de disco e que este fenómeno é até bastante comum.

Este resultado surpreendente pode explicar porque é que existem tantas galáxias em espiral como a Via Láctea no Universo. 

Uma equipa de investigação internacional liderada por Junko Ueda, pós-doutorando da Sociedade Japonesa para a Divulgação da Ciência, fez observações surpreendentes que mostram que a maioria das colisões galácticas no Universo próximo - entre 40 e 600 milhões de anos-luz de distância da Terra - dão origem às chamadas galáxias de disco.

As galáxias de disco - que incluem as galáxias em espiral como a Via Láctea e as galáxias lenticulares - definem-se como possuindo regiões de gás e poeira em forma de panqueca e são bastante diferentes da categoria das galáxias elípticas.

É largamente aceite, desde há algum tempo, que as galáxias de disco em fusão dão eventualmente origem a uma galáxia de forma elíptica. Durante estas interacções violentas as galáxias não ganham apenas massa quando fusionam ou se canibalizam uma à outra, mas também modificam a sua forma ao longo do tempo cósmico e por isso mudam de tipo.

Simulações de computador dos anos 1970 prediziam que a fusão entre duas galáxias de disco comparáveis entre si resultaria numa galáxia elíptica. As simulações apontam assim para que actualmente a maioria das galáxias sejam elípticas, o que contradiz as observações que mostram que mais de 70 % das galáxias são de facto galáxias de disco.

No entanto, algumas simulações mais recentes sugeriram que as colisões poderiam também dar origem a galáxias de disco. De modo a identificar de maneira observacional as formas finais das galáxias depois da fusão, o grupo de cientistas estudou a distribuição de gás em 37 galáxias que se encontram nos estádios finais de fusão.

Foi utilizado o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e vários outros rádio telescópios para observar a emissão do monóxido de carbono (CO), um indicador de gás molecular. 

O trabalho da equipa é o maior estudo do gás molecular em galáxias feito até à data e proporciona uma perspectiva única de como a Via Láctea se pode ter formado. O estudo revelou que quase todas as fusões mostram regiões de gás molecular em forma de panqueca e são por isso galáxias de disco em formação.

Ueda explica: “Pela primeira vez temos evidências observacionais de que a fusão de galáxias resulta em galáxias de disco e não em galáxias elípticas. Este é um grande e inesperado passo em frente na compreensão do mistério do nascimento de galáxias de disco.” Há, no entanto, ainda muito por descobrir.

Daisuke Iono, do NAOJ e da Graduate University for Advanced Studies, co-autor do artigo científico que descreve este trabalho, acrescenta: “No seguimento deste trabalho temos agora que nos focar na formação de estrelas nestas galáxias de disco, necessitando também de olhar para o Universo mais distante. Sabemos que a maioria das galáxias no Universo mais longínquo possui discos.

No entanto, não sabemos se as fusões de galáxias são também responsáveis por isso, ou se estes objetos se formaram de gás frio que vai gradualmente caindo na galáxia. Talvez tenhamos descoberto um mecanismo geral que se aplica ao longo de toda a história do Universo.”