Astrônomos combinando o poder do telescópio espacial
Hubble, e dos telescópios infravermelhos Spitzer e Herschel, com
telescópios baseados na superfície da Terra, conseguiram montar uma
imagem coerente da história de formação das estrelas mais massivas no
Universo.
© NASA/ESA (desenvolvimento das galáxias elípticas massivas)
A
evolução ocorre desde a explosão inicial da formação violenta de
estrelas, passando pela sua aparência como núcleos galácticos com alta
densidade estelar e finalizando com o seu destino final como gigantes
elípticas.
Isso resolve um mistério que dura
décadas sobre como as galáxias compactas de forma elípticas que existiam
quando o Universo tinha somente 3 bilhões de anos de existência, ou
seja, um quarto da idade atual do universo de 13,8 bilhões de anos, já
tinham completado sua formação estelar. Essas galáxias elípticas
compactas têm sido agora definitivamente integradas diretamente com uma
população anterior de galáxias de explosão de estrelas empoeiradas que
vorazmente usaram o gás disponível para gerar estrelas de forma bem
rápida. Então elas cresceram lentamente por meio de fusão à medida que a
formação de estrelas nelas diminuía, e elas eventualmente tornaram-se
galáxias elípticas gigantes.
“Essa é a primeira
vez que alguém agrupa uma amostra espectroscópica representativa de
galáxias ultra compactas, com a alta qualidade de imageamento
infravermelho do Hubble”, disse Sune Toft do Dark Cosmology Center no
Niels Bohr Institute em Copenhagen.
“Nós
mostramos como essas galáxias compactas podem se formar, como isso
aconteceu e quando isso aconteceu”, disse Toft. “Essa é basicamente a
peça que faltava no entendimento sobre como as galáxias mais massivas se
formaram, e como elas se desenvolveram tornando-se as gigantescas
galáxias elípticas que observamos hoje. Esse tem sido um grande mistério
por muitos anos pois apenas 3 bilhões de anos depois do Big Bang nós
observamos que a maior parte das galáxias já haviam completado a sua
formação de estrelas”.
Ainda mais surpreendente,
essas galáxias massivas uma vez foram extremamente compactas, se
comparadas com as galáxias elípticas similares vistas hoje no Universo
próximo. Isso significa que as estrelas foram amontoadas de 10 a 100
vezes mais densas do que o que é observado nas galáxias atualmente.
“Essa é uma densidade comparada à densidade de estrelas em aglomerados
globulares, mas numa escala muito maior, de uma galáxia”, disse Toft.
Ao
tentar criar uma sequência evolucionária conjunta para essas galáxias
massivas compactas, Toft identificou seus progenitores como as galáxias
altamente obscurecidas pela poeira submetidas a uma rápida formação de
estrelas em taxas que são milhares de vezes mais rápidas do que na nossa
Via Láctea. Explosões de estrelas nessas galáxias são provavelmente
disparadas quando duas galáxias ricas em gás colidem. Essas galáxias são
tão empoeiradas que elas são quase invisíveis em comprimentos de onda
ópticos, mas são brilhantes em comprimentos de onda submilimétricos,
onde elas foram identificadas, aproximadamente a duas décadas atrás pela
câmera SCUBA (Submillimeter Common-User Balometer Array) acoplada ao
Telescópio James Clerk Maxwell no Havaí.
A
equipe de Toft, pela primeira vez agrupou amostras representativas de
duas populações de galáxias usando o rico conjunto de dados no programa
COSMOS (Cosmic Evolution Survey) do Hubble.
Eles
construíram a primeira amostra representativa das galáxias compactas
com distâncias e tamanhos precisos (desvio para o vermelho
espectroscópico) medidos dos programas CANDELS (Cosmic Assembly
Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) e 3D-HST do Hubble. O
3D-HST é uma pesquisa espectroscópica no infravermelho próximo feita
pelo Hubble para estudar os processos físicos que formaram as galáxias
no Universo distante. Os astrônomos combinaram esses dados com
observações do telescópio Subaru no Havaí e com dados do telescópio
espacial Spitzer da NASA. Isso permitiu que os astrônomos conseguissem
estimar de forma precisa a idade das estrelas, de onde eles concluíram
que as galáxias se formaram em intensas explosões de estrelas entre 1
bilhão a 2 bilhões de anos antes, no Universo bem recente.
A
equipe então fez a primeira amostra representativa das galáxias mais
distantes submilimnétricas usando os ricos dados do COSMOS do Hubble,
Spitzer, e do Herscehl, e de telescópios com base em solo terrestre como
o Subaru, o James Clerk Maxwell e o Submillimeter Array. Essa
informação multi-espectral, desde a luz óptica até os comprimentos de
onda submilimétricos forneceu um conjunto completo de informações sobre
os tamanhos, as massas estelares, as taxas de formação de estrelas, o
conteúdo de poeira, e as distâncias precisas das galáxias escondidas na
poeira presentes no início do Universo.
Quando a
equipe de Toft comparou as amostras dessas duas populações galácticas,
eles descobriram um elo entre as galáxias compactas elípticas e as
galáxias submilimétricas observadas entre 1 bilhão e 2 bilhões de anos
antes. Essas observações mostram que a atividade violenta de formação de
estrelas nas galáxias anteriores tinham as mesmas características
previstas para as progenitoras das galáxias elípticas compactas. A
equipe também calculou que a intensa atividade de explosão de estrelas
durou cerca de 40 milhões de anos antes que o suprimento de gás
interestelar se exaurisse.
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