Descoberta definitiva de um disco distante e morto

Título: A Massive, Dead Disk Galaxy in the Early Universe

Autores: Sune Toft, Johannes Zabl, Johan Richard, Anna Gallazzi, Stefano Zibetti, Moire Prescott, Caludio Grillo, Allision W. S. Man, Nicholas Y. Lee, Carlos Gómez-Guijarro, Mikkel Stockmann, Georgios Magdis, e Charles L. Steinhardt

Instituição do primeiro autor: Dark Cosmology Institute, University of Copenhagen, Dinamarca

Status: Publicado na Nature, acesso fechado

Nota do autor: uma versão deste artigo pode ser acessada livremente através do link do título, mas a versão em formato de publicação só pode ser acessada aqui, que não tem acesso livre para todos.

A descoberta

O artigo de hoje é sobre uma descoberta incomum, uma galáxia que parece estar perdida no tempo e no espaço, utilizando o fenômeno que chamamos de lenteamento gravitacional.

Uma lente gravitacional resulta do alinhamento de duas galáxias, uma próxima e outra afastada. Para entender como isto funciona, temos que fazer um breve passeio pela Teoria Geral da Relatividade de Einstein. Mas não entre em pânico! Vamos manter as coisas simples. Em sua famosa teoria, já com mais de um século de idade, Einstein descreveu o mecanismo no qual a gravidade atua. Ao invés de ser um fundo fixo em que os eventos acontecem (um tipo de palco cósmico), espaço pode ser torcido e esticado pela presença de massa. Quanto mais massivo for o objeto, mais forte é a distorção. O resultado é que qualquer coisa que viaja no espaço em uma linha reta, como um raio de luz, acaba por viajar em um caminho curvo quando passa próximo de um objeto massivo, como se uma força agisse diretamente sobre essa coisa. Essa força aparente é a gravidade. Em circunstâncias especiais, o mesmo efeito pode focar os raios de luz defletidos, assim como uma lente tradicional (ver fig. 1). E se você tiver sorte o suficiente, uma lente gravitacional pode estar alinhada com algo interessante…

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Fig. 1: Como lenteamento gravitacional funciona. Grandes concentrações de massa (como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias) pode defletir luz de um objeto de fundo, focando a luz na posição do observador. Crédito: NASA/ESA

Isso é exatamento o que aconteceu neste estudo. Há onze bilhões de anos atrás, luz de uma galáxia distante recém descoberta começou sua longa jornada até nós. Há pouco menos de seis bilhões de anos atrás, a luz da galáxia passou próxima a um aglomerado massivo de galáxias e no processo foi redirecionada até o encontro final com nossos telescópios. A nova galáxia não tem nem um nome ainda, por enquanto sendo conhecida apenas como “MACS 2129-1” por associação com o aglomerado que ajudou em sua descoberta (que é parte do MACSMassive Clusters Survey, ou survey de aglomerados massivos), que pode ser visto na fig. 2.

MACS2129
Fig. 2: Aí está a galáxia, no canto direito, destacada pelo retângulo branco. À sua esquerda está o aglomerado massivo de galáxias, cuja gravidade esticou e ampliou a galáxia objeto.

Uma galáxia estranha

Usando imageamento em múltiplos comprimentos de onda com o Telescópio Espacial Hubble, os autores conseguem estudar algumas propriedades-chave de MACS 2129-1, que são mapeadas na fig. 3. Os pontos importantes são que a galáxia é massiva, não está formando novas estrelas, e as estrelas parecem ter idade de aproximadamente um bilhão de anos. Nossa nova amiga é um exemplo do que chamamos de ‘galáxia pós-starburst’, em que um pico de intensa formação estelar terminou entre o último bilhão de anos. A galáxia formou muitas estrelas, não está formando mais, e do seu ponto de vista, o universo tem apenas alguns bilhões de anos.

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Fig. 3: Do painel superior esquerdo, em sentido horário: (1) densidade de massa estelar (regiões mais brilhantes significam mais estrelas). (2) taxa de formação estelar por estrela já formada (o principal aqui é que é muito baixo em todo lugar, e mais baixo no centro). (3) extinção por poeira (mais brilhante significa mais poeira). (4) idade estelar (a parte mais escura é um amontoado de estrelas jovens aparentemente caindo em direção da galáxia).

Então, o que é interessante sobre MACS 2129-1? Bom, existem alguns meios diferentes de se formar galáxias. A melhor compreensão que temos de formação de galáxias nos diz que se pode facilmente formar uma galáxia tão massiva quanto a nossa nova amiga mesmo em um período curto de tempo, mas é necessário um processo bastante violento e disruptivo para isso. Se este for o caso, o resultado deve ser uma galáxia muito compacta e vermelha, uma esfera densa de estrelas que não está rotando muito rápido e na qual não existe mais formação estelar. Depois de terminar sua formação estelar, uma galáxia se torna cada vez mais vermelha assim que as estrelas azuis gigantes rapidamente gastam seus combustíveis e morrem, deixando para trás estrelas vermelhas e menos massivas.

Isto é muito bom, mas MACS 2129-1 não é assim tão simples. É massiva, sim, e a formação estelar já terminou, sim, mas não se parece nada com uma galáxia compacta sem rotação. Pelo contrário: graças à magnificação pelas lentes gravitacionais, nota-se que o disco galático está girando rápido. Esse tipo de galáxia não é rara no início da vida do universo, mas é curioso como essa acabou se formando tão cedo, nos primeiros bilhões de anos.

Qual é o problema?

Então, o que está acontecendo? Os autores apresentam um cenário, que talvez aconteça raramente, no qual esta galáxia pode ter formado. No universo jovem, a gravidade de um pedaço de matéria escura pode ter sido criada em correntes de gás. Essas correntes iriam então colidir entre si, gerando choques no gás (esse é o mesmo efeito que causa um estrondo sônico quando um avião quebra a barreira do som). Gás em choque pode irradiar energia rapidamente, fazendo com que o gás se esfrie e se condense em estrelas. Assim como água espiralando em um ralo, as correntes de gás acabam se comprimindo em um disco e muitas estrelas são formadas rapidamente. A última peça deste quebra-cabeça é como se termina esse processo e para a formação de estrelas. Os autores sugerem que, neste ponto, retro-alimentação do buraco negro supermassivo, no centro da galáxia, pode ser iniciada, aquecendo o gás e prevenindo que se condense mais. Isso acaba fazendo com que a formação estelar pare já que o gás não consegue mais colapsar e formar novas estrelas.

Então, mistério solucionado? Bom, depende. Tempo e mais dados vão dizer se o cenário proposto é viável ou não. Entretanto, essa descoberta intrigante claramente tem muito a nos contar sobre a física de formação de galáxias.


Original em inglês: Definitive discovery of a dead distant disc, por Paddy Alton

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