4402: Astrónomos modelam e determinam como discos galácticos evoluem tão suavemente

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra como duas amostras de órbitas estelares são dispersadas de órbitas quase circulares pela gravidade de aglomerados massivos no interior das galáxias. Os investigadores descobriram que milhões de mudanças orbitais, como as aqui mostradas, suavizam o perfil geral de brilho dos discos galácticos. A estrela azul é dispersada várias vezes. A estrela laranja é capturada pela gravidade de um aglomerado e move-se em seu redor. No plano de fundo, uma típica e relativamente suave galáxia espiral (UGC 12224).
Crédito: ilustração por Jian Wu; imagem da galáxia pelo SDSS

Simulações de computador estão a mostrar aos astrofísicos como aglomerados massivos de gás, dentro das galáxias, espalham algumas das estrelas das suas órbitas, eventualmente criando o esmaecimento exponencial e suave no brilho de muitos discos galácticos.

Investigadores da Universidade Estatal do Iowa, da Universidade de Wisconsin-Madison e da IBM avançaram estudos que começaram há quase 10 anos. Concentraram-se originalmente no modo como os aglomerados massivos em galáxias jovens afectam as órbitas das estrelas e criam discos galácticos com centros brilhantes desvanecendo para orlas escuras.

(Como Curtis Struck, professor de física e astronomia da Universidade Estatal do Iowa, escreveu num resumo de uma investigação de 2013: “Nos discos das galáxias, as cicatrizes de uma infância difícil, e marcas adolescentes, desvanecem com o tempo.”)

Agora, o grupo é co-autor de um novo artigo que diz que as suas ideias sobre a formação de discos exponenciais aplicam-se a mais do que galáxias jovens. É também um processo robusto e universal em todos os tipos de galáxias. Os discos exponenciais, afinal de contas, são comuns em galáxias espirais, galáxias elípticas anãs e em algumas galáxias irregulares.

Como é que os astrofísicos podem explicar isso?

Ao usarem modelos realistas para rastrear a dispersão de estrelas nas galáxias, “sentimos que temos uma compreensão muito mais profunda dos processos físicos que resolvem este problema-chave com quase 50 anos,” disse Struck.

Os investigadores descobriram que os impulsos gravitacionais de aglomerados massivos alteram as órbitas das estrelas. Como resultado, a distribuição geral das estrelas do disco muda, e o perfil de brilho exponencial é um reflexo dessa nova distribuição estelar.

As descobertas dos astrofísicos encontram-se detalhadas num artigo publicado online na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Os co-autores são Struck; Jian Wu, estudante de doutoramento em física e astronomia da Universidade Estatal do Iowa; Elena D’Onghia, professora associada de astronomia em Wisconsin; e Bruce Elmegreen, cientista investigador do Centro de Investigação Thomas J. Watson da IBM em Yorktown Heights, Nova Iorque.

As estrelas são espalhadas, os discos são suavizados

A modelagem por computador mais recente – liderada por Wu – é a pedra angular de anos de melhorias, disse Struck. Os modelos anteriores trataram as forças gravitacionais dos componentes galácticos de forma mais aproximada, e os investigadores estudaram menos casos.

Os modelos mais recentes mostram como enxames estelares e aglomerados de gases interestelares dentro das galáxias podem alterar as órbitas de estrelas próximas. Alguns eventos de dispersão estelar mudam significativamente as órbitas das estrelas, até mesmo “apanhando” algumas estrelas em “loops” em torno de aglomerados massivos antes que possam escapar para o fluxo geral de um disco galáctico. Muitos outros eventos de dispersão são menos poderosos, com menos estrelas espalhadas e as órbitas permanecem mais circulares.

“A natureza da dispersão é muito menos complexa do que imaginávamos anteriormente,” disse Struck. “Apesar de toda esta complexidade em escalas pequenas, ainda tende para a média da distribuição de luz a largas escalas.”

De acordo com o artigo científico dos cientistas, os modelos também dizem algo sobre o tempo que leva para estes discos galácticos exponenciais se formarem. Os tipos de aglomerados e densidades iniciais dos discos afectam a velocidade da evolução, mas não a suavidade final no brilho.

A velocidade, neste caso, é um termo relativo porque as escalas de tempo para estes processos são milhares de milhões de anos.

Ao longo de todo esses anos, e mesmo com modelos de galáxias cujas estrelas são inicialmente distribuídas de várias maneiras, Wu disse que os modelos mostram a ubiquidade do processo de dispersão estelar para queda exponencial.

“A dispersão estelar é muito geral e universal,” disse. “Funciona para explicar a formação de discos exponenciais em muitos casos.”

Astronomia On-line
29 de Setembro de 2020

 

 

4139: Gémeas, mas não tanto. Cientistas detectam diferenças nos discos de galáxias activas e não activas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

V. Belokurov based on the images by Marcus and Gail Davies and Robert Gendler

Uma equipa de cientistas do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) comparou a dinâmica dos discos galácticos entre pares de galáxias espirais activas e não activas.

Actualmente, há evidências científicas de que os buracos negros super-massivos que residem no centro da maioria das galáxias têm uma grande influência na sua evolução. Em algumas galáxias, o buraco negro consome o material ao seu redor a uma taxa muito alta, emitindo uma grande quantidade de energia.

Nestes casos, segundo o SciTechDaily, diz-se que a galáxia tem um núcleo activo (ou AGN). O material que alimenta o AGN deve estar inicialmente em regiões distantes do núcleo, na região conhecida como disco da galáxia, girando em torno do centro.

Para Ignacio del Moral Castro, estudar os mecanismos que controlam a relação entre o núcleo activo e o resto da galáxia é fundamental e, para isso, é importante entender de que forma esses objectos evoluem e se formam. Por esse motivo, o seu objectivo era estudar e comparar galáxias quase gémeas, cuja diferença é a actividade nuclear.

O estudo, publicado recentemente na Astronomy & Astrophysics Letters, consistiu em comparar a dinâmica dos discos galácticos entre os diferentes pares de galáxias gémeas. Para isso, os cientistas utilizaram dados da cartografia CALIFA (Calar Alto Legacy Integral Field Area Survey).

Num primeiro momento, a equipa identificou galáxias espirais activas dentro do CALIFA e, para cada uma delas, os cientistas procuraram uma inactiva que tivesse propriedades globais equivalentes – a mesma massa, luminosidade, orientação, uma aparência semelhante e outros factores.

A equipa propôs dois cenários para explicar as diferenças dinâmicas entre galáxias activas e não activas. Um primeiro cenário sugere que este resultado é fruto da transferência do momento angular entre o gás que caiu em direcção ao centro e a matéria que permanece no disco.

O segundo cenário envolve a consideração de uma fonte externa de gás, através da captura de pequenas galáxias satélites próximas. Ambos os cenários são compatíveis com o que foi observado e não se excluem entre si.

“O resultado surpreendeu-nos. Não esperávamos encontrar este tipo de diferenças em grande escala, visto que a duração da fase activa é muito curta em comparação com a vida das galáxias e com o tempo envolvido nas mudanças morfológicas e dinâmicas”, disse Begoña García Lorenzo, investigadora do IAC e co-autora do estudo.

“Achávamos que todas as galáxias passam por fases activas ao longo das suas vidas. No entanto, este resultado pode indicar que, afinal, não é bem assim. Caso se verifica, isto significaria uma mudança importante nos modelos actuais“, acrescenta Cristina Ramos Almeida, também cientista do IAC.

ZAP //

Por ZAP
10 Agosto, 2020