O Caminho de Cores da Evolução de Galáxias Pós-Starburst

Título: The Evolutionary Sequence of Post-Starburst Galaxies

Autores: C. L. Wilkinson, K. A. Pimbblet, J. P. Stott

Instituição do Primeiro Autor: E. A. Milne Centre for Astrophysics, University of Hull, Cottingham Road, Kingston Upon Hull, HU6 7RX, Reino Unido

Status: Aceito pelo MNRAS [acesso público]

Milhares de galáxias em uma única imagem

Se você já deu uma olhada breve e casual para o céu noturno, você pode ter percebido poucas estrelas brilhantes, piscando na companhia da luz da Lua. Mas se seus olhos pudessem acumular luz por bastante tempo, atingindo bastante profundidade, você iria perceber que existe muito mais do que algumas estrelas piscantes. A Figura 1 mostra uma bela foto do Campo Profundo de Hubble, onde vemos não apenas estrelas, mas galáxias (cerca de 10.000 delas!) em uma área equivalente a apenas um décimo do diâmetro da Lua. As galáxias que vemos têm todos os tipos de formatos, tamanhos, idades e cores. Mas os astrônomos, como os autores do artigo de hoje, acreditam que há similaridades e padrões em como cada uma dessas galáxias cresce e evolui.

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Figura 1: Uma imagem do Campo Profundo de Hubble, cortesia do telescópio Hubble. Cerca de 10.000 galáxias são visíveis nesta imagem, que tem apenas um décimo do tamanho da Lua! Créditos: NASA, ESA, S. Beckwith (STSci) e o Time HUDF.

Testar e confirmar os padrões de evolução propostos, no entando, não é fácil. Traçar a evolução destas galáxias em tempo real não é nada rápido, já que galáxias evoluem ao longo de milhões e milhões de anos. Sendo assim, astrônomos têm de deduzir como galáxias evoluem utilizando pistas vindas de observações e simulações.

Um método para estudar-se a evolução de galáxias é por meio de diagramas cor-magnitude de muitas galáxias. Diagramas cor-magnitude plotam a cor da galáxia contra sua magnitude absoluta. A cor da galáxia nos informa quão rápido a galáxia está formando estrelas ao longo do tempo. Em outras palavras, a cor é um indicativo da taxa de formação estelar da galáxia. Galáxias mais azuis tendem a ter maior taxa de formação estelar que as mais vermelhas, pois estrelas jovens azuis são bastante brilhantes. Já a magnitude absoluta da galáxia nos informa o quão brilhante, ou luminosa, é a galáxia. Galáxias com mais estrelas tendem a ser mais luminosas que galáxias com menos estrelas.

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Figura 2: Um esquema simples do diagrama cor-magnitude para galáxias. O eixo x representa a luminosidade da galáxia, aumentando da esquerda para a direita, o que nos diz quantas estrelas a galáxia possui (galáxias mais brilhantes têm mais estrelas). O eixo y representa a cor da galáxia, crescendo de azul para vermelho, e indica a taxa com que a galáxia forma estrelas (galáxias azuis tendem a produzir estrelas mais rápido que galáxias vermelhas). As três regiões onde as galáxias se concentram estão identificadas em inglês (a nuvem azul, o vale verde e a sequência vermelha). Créditos: “Galaxy Color-Magnitude Diagram”, Wikimedia Commons.

A Figura 2 mostra um esquema simples sobre o diagrama cor-magnitude de galáxias. Através da observação de muitas galáxias, astrônomos perceberam que as galáxias caem tipicamente em três regiões: a sequência vermelha, o vale verde e a nuvem azul. Galáxias na nuvem azul tendem a formar muitas estrelas novas, enquanto galáxias na sequência vermelha quase não formam estrelas. O vale verde é menos populado e age como uma região de transição entre as outras duas. Uma teoria de evolução de galáxias indica que galáxias da nuvem azul evoluem para o vale verde e depois para a sequência vermelha. Mas na prática as galáxias não caem sempre de forma comportada ao longo de uma linha reta, de um ponto a outro no diagrama.

Do vermelho para o azul e de volta novamente

Os autores do artigo de hoje exploraram um tipo de galáxia que se comporta de forma estranha no diagrama cor-magnitude: as galáxias E+A. Galáxias E+A são galáxias pós-starburst, o que significa que estavam produzindo estrelas a taxas altas quando eram mais jovens, mas agora apresentam taxas bem menores. Essas galáxias são elípticas e apresentam muitas estrelas do tipo A, que são jovens e tem brilho da ordem de 80 vezes maior que o brilho do Sol. Essas galáxias parecem ser uma conexão crucial entre galáxias espirais formadoras de estrelas e galáxias elípticas que não formam mais estrelas.

Em estudos anteriores, astrônomos plotaram as galáxias E+A no diagrama cor-magnitude, e encontraram que essas galáxias caem em regiões diferentes em estudos diferentes. Um grupo de pesquisa encontrou que a maioria das E+A estão na nuvem azul. Já outro grupo encontrou as E+A na parte vermelha da nuvem azul, em intersecção com o vale verde. Um terceiro grupo ainda encontrou que as E+A caem no lado azul da sequência vermelha, também junto do vale verde!

Como podem as galáxias E+A estarem em diferentes lugares do diagrama cor-magnitude para estudos diferentes? Essa é uma das questões que o artigo de hoje busca responder. O autores querem verificar se as diferenças são consequência dos diferentes métodos empregados para classificar as galáxias como E+A.

Jogando um pouco de luz no problema

Astrônomos podem classificar as galáxias usando seus espectros. Espectro é a luz, ou fluxo, que um objeto (como uma estrela, ou uma galáxia) emite ao longo de diferentes comprimentos de onda. Um espectro pode apresentar linhas de absorção, que aparecem como quedas em fluxo, assim como linhas de emissão, que parecem picos de fluxo. As características das linhas de emissão e absorção de um espectro de galáxia nos dá dicas da composição desta galáxia.

Os autores notaram que muitos grupos de pesquisa classificaram uma galáxia como E+A se seu espectro não continha emissão de [OII] (oxigênio ionizado, que tem emissão característica em 3727 Angstroms), mas tinha forte absorção de Hδ. Isso porque a falta de emissão de [OII] indica que a galáxia não está mais formando estrelas, enquanto forte absorção em  indica que a galáxia contém estrelas jovens do tipo A. Outros grupos, no entanto, para classificar uma galáxia como E+A, também requerem que a galáxia não tenha emissão de . A  falta de emissão em Hα é outro indicativo de que não há formação estelar.

Os autores imaginaram que essas formas diferentes de classificar as galáxias E+A podem ser a causa da dispersão delas ao longo do diagrama cor-magnitude. Para testar esta teoria, eles exploraram uma amostra de mais de 190 galáxias, que podem ser divididas em três grupos:

 

  • “Hδ forte”: galáxias com forte absorção de Hδ;
  • “E+A comum”: galáxias com forte absorção de Hδ e falta de emissão de [OII];
  • “E+A puro”: galáxias com forte absorção de Hδ e falta de emissão de Hα.
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Figura 3: diagrama cor-magnitude dos três grupos considerados pelos autores. O eixo x representa magnitude absoluta, que indica o brilho da galáxia (brilho cresce da direita pra esquerda). O eixo y representa a cor (subindo do azul para o vermelho). Cada triângulo azul é uma galáxia classificada como Hδ forte, cada círculo verde é uma galáxia E+A comum e cada quadrado rosa é uma galáxia E+A pura. Os pontos cinzas no fundo representam galáxias de um conjunto de observações chamado de SDSS DR7. Os contornos vermelhos mostram a sequência vermelha e a nuvem azul, baseados nos dados do SDSS DR7, enquanto que a linha vermelha tracejada separa as duas regiões.

A Figura 3 ilustra um gráfico desses três grupos no diagrama cor-magnitude. Os autores descobriram que a maioria das galáxias E+A puras caem na sequência vermelha. Já os grupos de galáxias Hδ forte e E+A comum estão mais concentradas perto da nuvem azul, mas com maior espalhamento. As galáxias com Hδ forte têm pico de distribuição na nuvem azul, enquanto as E+A comuns têm pico no vale verde.

Os autores também examinaram como o formato e o ambiente das galáxias variam entre os três grupos. Eles concluíram que esses três grupos, ao invés de serem subtipos da mesma classe de galáxias, parecem ser partes da sequência evolutiva de galáxias pós-starburst. Eles propõem o seguinte caminho: galáxias azuis com Hδ forte teriam alguma formação estelar residual, mas com o passar do tempo perderiam essa formação estelar, passando para a fase de E+A comum no vale verde e depois para fase de E+A pura chegando à região passiva de sequência vermelha.

Com esta trilha, temos mais conexões para adicionar no longo caminho evolutivo de galáxias. E a cada olhar longo e profundo que damos a um pedaço do céu, tornamos mais claros os padrões que conectam essas milhares de galáxias além da nossa Via Láctea.


Adaptado do original em inglês: Links in the Evolution Chain of Post-Starburst Galaxies, por Jamila Pegues

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