A taxa de fusão de galáxias é uma medida fundamental da evolução da galáxia, trazendo pistas sobre como as galáxias se agrupam com o tempo através do encontro com outras galáxias. Além disso, uma grande discrepância existe sobre como as galáxias se juntavam no passado. Medidas anteriores de galáxias no campo profundo de pesquisa feito pelo Hubble geraram um grande número de resultados, nessas pesquisas descobriu-se que 5% de 25% das galáxias estavam se fundindo.
O novo estudo foi liderado por Jennifer Lotz do Space Telescope Science Institute em Baltimore, analisando as interações entre as galáxias em diferentes distâncias, permitindo que os astrônomos pudessem comparar as fusões com o decorrer do tempo. A equipe de Lotz descobriu que as galáxias ganharam pouca massa através de colisões com outras galáxias. Grandes galáxias se fundiram com outra numa média de uma vez nos últimos 9 bilhões de anos. Pequenas galáxias se fundiram com galáxias maiores de maneira mais frequente. Em uma das primeiras medidas da fusão entre uma galáxia anã e uma galáxia massiva no Universo distante, a equipe de Lotz descobriu que essas fusões aconteciam três vezes mais frequentes do que os encontros entre duas galáxias massivas.
“Ter um valor preciso para a taxa de fusão é crítico pois as colisões galácticas podem ser um processo fundamental que conduz a montagem da galáxia, a rápida formação de estrelas nos tempos iniciais e o crescimento de gás dentro do buraco negro supermassivo central localizado no núcleo das galáxias”, explica Lotz.
O problema com as estimativas prévias do Hubble é que os astrônomos usavam diferentes métodos para contar as fusões.
“Estudos que observam em detalhes pares de galáxias que parecem prontas para colidir fornecem um número muito mais baixo de fusões do que os estudos que pesquisam por galáxias que possuem a sua forma perturbada, evidência direta que passaram por um processo de fusão”, disse Lotz.
Para entender quantos encontros aconteceram com o passar dos tempos, Lotz precisou entender por quanto tempo as galáxias pareceriam destruídas antes de se estabilizarem e voltarem a ter uma aparência normal novamente.
Esse foi o motivo pelo qual Lotz e sua equipe realizou detalhadas simulações computacionais para ajudar a dar sentido às fotografias obtidas pelo Hubble. A equipe fez simulações de muitas possíveis colisões de galáxias e então as mapeou nas imagens que o Hubble fez sobre interações de galáxias.
Criar modelos computacionais foi um processo demorado. A equipe de Lotz considerou um grande número de possibilidade de colisões, desde pares de galáxias com mesma massa até interações entre galáxias gigantes e anãs. A equipe também analisou diferentes órbitas para as galáxias, possíveis impactos de colisões e como as galáxias estavam orientadas umas em relação as outras. Ao todo, o grupo determinou 57 diferentes cenários de fusão e estudaram assim a fusão de 10 diferentes ângulos. “Estudar e analisar as simulações foi como observar as batidas de carros em câmera lenta”, disse Lotz.
As simulações seguiram as galáxias por 2 a 3 bilhões de anos, começando no primeiro encontro e continuando até que a união estivesse completa, aproximadamente um bilhão de anos depois. “Nossas simulações ofereceram uma imagem realista das fusões entre as galáxias”, disse Lotz.
Além de estudar a fusão entre galáxias gigantes, a equipe também analisou os encontros ocorridos entre galáxias pequenas. Registrar colisões entre galáxias pequenas é difícil pois os objetos são muito apagados com relação às sus companheiras maiores.
“Galáxias anãs são as mais comuns no Universo”, disse Lotz. “Elas podem ter contribuído para construir as grandes galáxias. De fato, a nossa própria Via Láctea teve alguns desses encontros com galáxias menores em um passado considerado recente, o que ajudou a construir as regiões externas ao halo galáctico. Esse estudo fornece o primeiro entendimento quantitativo de como o número de galáxias perturbadas por esses encontros menores se alteraram com o tempo”.
Lotz comparou suas imagens de simulação com as fotos de milhares de galáxias feitas pelo Hubble, incluindo a All-Wavelenght Extended Groth Strip International Survey (AEGIS), a Cosmological Evolution Survey (COSMOS) e a Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS), bem como fusões identificadas pela pesquisa DEEP2 realizada pelo Observatório W.M. Keck no Havaí. Ela e outros grupos identificaram aproximadamente mil candidatas a fusões a partir dessas pesquisas mas inicialmente encontraram taxas de fusões bem diferentes.
O próximo objetivo é analisar as galáxias que estavam interagindo a aproximadamente 11 bilhões de anos atrás, quando a formação de estrelas através do Universo atingiu seu pico, para ver se a taxa de fusão aumenta juntamente com a taxa de formação estelar. Uma ligação entre essas duas medidas significaria que os encontros entre as galáxias instigaram o rápido nascimento estelar.
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