Como se formam as galáxias?

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Título para divulgação do texto

Título original da pesquisa

Galáxias próximas e distantes: uma busca para entender os processos que formam e transformam as galáxias

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Revisão de texto

Equipe Canal Ciência

Autores do texto original

Karín Menéndez-Delmestre

Fonte(s) Financiadora(s)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Resumo

O estudo mostra como se forma uma galáxia.

Tipo

Projeto de pesquisa

O que é a pesquisa?

Em noite de céu límpido, podemos observar centenas de estrelas brilhantes. Contudo, elas representam apenas uma pequena parcela da imensidão de corpos celestes presentes no Universo. Talvez existam mais estrelas no céu do que grãos de areia na Terra, espalhadas de forma organizada, formando aglomerações chamadas de galáxias. São centenas de bilhões de galáxias, formadas, cada uma tipicamente, por centenas de bilhões de estrelas.

As estrelas são compostas por gases, principalmente hidrogênio, e as galáxias são originadas de grandes nuvens de gás, mas os detalhes de como isso acontece ainda não são bem compreendidos. Há diferentes tipos de galáxias: algumas apresentam estrutura espiralada como a Via Láctea, outras possuem uma aparência diferente. Os astrônomos usam imagens geradas por telescópios e, com a ajuda de modelos computacionais, tentam descobrir a sequência de eventos que levaram à formação e evolução dos diferentes tipos de galáxias que observamos no Universo.

O estudo de galáxias distantes, daqueles sistemas que apresentam episódios de formação estelar explosiva (milhares de vezes mais intensos do que a Via Láctea) e que são o lar de buracos negros, assim como a observação de estruturas estelares em galáxias mais próximas fazem parte das pesquisas desenvolvidas pela astrofísica Karín Menéndez-Delmestre, do Observatório do Valongo, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Como é feita a pesquisa?

A pesquisa é desenvolvida a partir da análise de imagens de galáxias, feitas por telescópios em órbita fora da Terra ou fixos na sua superfície. Como a luz das galáxias mais distantes leva muito tempo para chegar até o nosso planeta, observá-las pelos telescópios é como olhar para o passado, obtendo imagens dos estágios mais primitivos das galáxias e capturando a história do Universo. Juntando e comparando imagens, os cientistas buscam entender como as galáxias mudaram ao longo de bilhões de anos.

Para o estudo das galáxias distantes, a pesquisadora utiliza os dados coletados por telescópios espaciais como o Hubble, que gera imagens na faixa do visível. A luz captada pelo Hubble nessa faixa é obtida diretamente da radiação gerada principalmente por estrelas jovens e permite quantificar a intensidade da formação estelar nessas galáxias (a quantidade de estrelas formadas por ano). Já os telescópios espaciais Spitzer e Herschel geram imagens na faixa do infravermelho. Estas imagens são importantes porque nas regiões onde se formam estrelas, também se forma grande quantidade de grãos de poeira interestelar. A luz das estrelas aquece os grãos, sendo absorvida por eles. Uma vez absorvida, a luz não pode ser captada por instrumentos que trabalham na faixa visível. Os grãos de poeira aquecidos emitem, por sua vez, radiação termal, a qual pode ser diretamente observada em imagens obtidas na faixa no infravermelho. Sendo assim, restringir o estudo das galáxias apenas por meio de telescópios que operam na faixa do visível limitaria o entendimento completo da formação das estrelas na presença de poeira interestelar. Atualmente, é inimaginável limitar os estudos astrofísicos em apenas uma faixa do espectro eletromagnético. Com telescópios obtendo imagens em distintas faixas espectrais (visível, infravermelho, ultravioleta, raios-X e rádio) os astrônomos conseguirão compreender a formação e evolução de galáxias (vizinhas ou distantes) que povoam o universo.

Uma visão pancromática (em diversas faixas de energia) da galáxia Andrômeda, nossa galáxia massiva mais vizinha. Estudos pancromáticos como esse permitem a detecção das estrelas mais novas na faixa de rádio e ultravioleta, da população de estrelas jovens e mais adultas no óptico, e da poeira aquecida por estrelas novas no infravermelho

No estudo das estruturas estelares, também são usados telescópios fixados na Terra. Estes telescópios servem a uma rede de pesquisadores e institutos de pesquisa do mundo inteiro, inclusive do Brasil. Existem vários telescópios instalados na Terra cujos tamanhos ultrapassam os dos telescópios espaciais. Considerando que quanto maior o telescópio, maior a superfície coletora de luz – o que permite detectar objetos muito fracos –, os terrenos superam a capacidade dos espaciais de capturar imagens de galáxias mais distantes. Porém, telescópios instalados na Terra geram imagens com menor nitidez das geradas por telescópios espaciais. As imagens produzidas pelo Hubble, por exemplo, revelam detalhes praticamente impossíveis de serem capturados pelos telescópios terrestres, cujas imagens estão sujeitas a distorções provocadas pela atmosfera. Imagens nítidas obtidas com telescópios espaciais são chave para estudar, em detalhe, as galáxias mais distantes. Assim, é importante aproveitar todos os telescópios disponíveis, associando a grande capacidade de detecção de objetos fracos dos telescópios maiores com a alta nitidez das imagens obtidas a partir dos telescópios no espaço. Apenas desta forma poderemos montar o quebra-cabeça do Universo.

Usando ALMA (Chile), astrônomos traçam a presença de gás em galáxias típicas do universo distante. Esse gás serve de combustível para novas gerações de estrelas!

Hubble eXtreme Deep Field (XDF)

Qual a importância da pesquisa?

A Astrofísica possui três linhas de atuação: instrumental, observacional e teórica. A instrumental atua no desenvolvimento de instrumentos astronômicos, como telescópios. No Brasil, há vários grupos desenvolvendo instrumentos em astronomia óptica, de raios gama e radioastronomia. A Astrofísica observacional é a vertente experimental e cuida da coleta e análise de imagens. Os pesquisadores brasileiros têm acesso a diversos observatórios, nacionais e internacionais, e em breve o Brasil integrará consórcios internacionais que proverão acesso à nova geração de telescópios gigantes, com mais de 30 m de diâmetro. Já a Astrofísica teórica desenvolve modelos teóricos e computacionais que simulam, por exemplo, a interação gravitacional entre os diversos corpos celestes e outros componentes das galáxias, na tentativa de reproduzir as observações feitas pelos telescópios.

As três linhas profissionais conversam entre si, de tal forma que uma não avança sem a outra. O desenvolvimento de instrumentos astronômicos também tem importante impacto na sociedade, pois está inserido em vários campos da inovação tecnológica, incluindo indústria, engenharia aeroespacial, medicina (por exemplo, na produção de supercomputadores, satélites, imagens de ressonância magnética) e produtos tecnológicos que fazem parte do dia a dia do cidadão, como câmeras digitais e celulares.