O que faz com que galáxias parem de formar estrelas?

Título: Star Formation Quenching in Green Valley Galaxies at 0.5≲z≲1.0 and Constraints with Galaxy Morphologies

Autores: J. P. Nogueira-Cavalcante, T. S. Gonçalves, K. Menéndez-Delmestre, K. Sheth

Instituição do Primeiro Autor: Observatório do Valongo, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Status: Aceito para publicação no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [acesso livre]

Passeando pelo vale verde de galáxias

Como já falamos sobre isso aqui no Astropontos, o diagrama cor-magnitude de galáxias nos fala muito sobre o processo evolutivo delas. Neste diagrama, dominam dois grupos: galáxias vermelhas com pouca ou nenhuma formação estelar, e galáxias azuis que formam estrelas em taxas consideráveis. Espremidas entre estes dois grupos, estão as galáxias presentes no que chamamos de “vale verde”, que são bem menos numerosas que a “sequência vermelha” e a “nuvem azul” (ver Fig. 1).

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Figura 1: diagrama cor-magnitude de galáxias do survey SDSS, onde se observa a concentração de duas regiões: a nuvem azul (abaixo) e a sequência vermelha (acima). O vale verde é a região intermediária. (Crédito: Papastergis et al. 2013, ApJ, 776, 43)

Em estudos anteriores, astrônomos descobriram que o vale verde forma mais estrelas do que a sequência vermelha, mas menos do que a nuvem azul. Isso leva a crer que o vale verde é uma fase de transição evolutiva entre a nuvem azul e a sequência vermelha (cessando a formação de estrelas), e que esta fase tem de ser relativamente rápida, pois tem menos galáxias presentes neste grupo.

Existem vários fenômenos que podem afetar a formação estelar em galáxias. Fusão de galáxias, ejeção de matéria por supernovas ou núcleos ativos, processos seculares como instabilidades no disco e processos externos como ventos quentes em aglomerados são apenas alguns desses fenômenos. Estes fenômenos acabam por afetar a morfologia da galáxia de maneiras diferentes, fazendo com que o formato da galáxia nos dê uma dica de quais processos ocorreram e se eles são responsáveis por reprimir a formação estelar. Os autores do artigo de hoje, que são em sua maioria brasileiros, estão interessados em descobrir, estudando a morfologia das galáxias no vale verde, quais mecanismos são mais efetivos em parar a formação de estrelas nessas galáxias.

Quanto mais caótico, menos tempo dura

Para calcular o tempo de cessação da formação estelar, ou seja, estimar quão rápido a galáxia para de formar estrelas, os autores utilizaram, além das cores do diagrama cor-magnitude, a linha de absorção de Hδ (linha de Hidrogênio que representa a excitação do elétron da camada n=2 para n=6), que é mais profunda para picos de formação entre 0.1 e 1 bilhões de anos, e o índice Dn(4000), que é uma quebra no espectro em ~4000 angstroms, indicando a presença de estrelas jovens em quebras mais suaves. Com estes dados e utilizando modelos de histórico de formação estelar, eles podem estimar quanto tempo demorou para ocorrer a cessação da formação estelar.

Depois de estimar o tempo de cessação da formação estelar, os autores resolveram analisar os dados separando a morfologia das galáxias. Na Fig. 2 vemos os tempos de cessação para a amostra de galáxias no vale verde, de acordo com a morfologia. No lado esquerdo as galáxias são divididas apenas por tipo morfológico, enquanto no painel direito as galáxias com discos são divididas conforme a presença de barras. Vemos que as galáxias disco são as que demoram mais para cessar a formação estelar, seguidas pelas elípticas, irregulares e galáxias em fusão. Vemos também que galáxias disco com barras levam mais tempo para cessar a formação de estrelas do que as que não apresentam barras.

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Figura 2: Gráfico da morfologia das galáxias no vale verde (no eixo x) e o tempo de cessação de formação de estrelas (no eixo y). No painel esquerdo as galáxias estão divididas em galáxias disco (D), elípticas (E), irregulares (Irr) e em fusão (Merg). No painel direito as galáxias disco são subdivididas em dominadas por barras (SBD), com barras fracas (WBD) e sem barras (UD). O tempo de cessação de formação estelar está em milhões de anos.

Mas o que isso nos diz? Galáxias irregulares e elípticas são geralmente ligadas a eventos de fusão passados ou em fase final. Já galáxias com disco são normalmente isoladas (ou em interação com objetos muito pequenos). Assim, de certa forma, na figura 2, da esquerda para direita, mais caótica é a estrutura das galáxias, com as galáxias disco sendo bem comportadas com estrelas em rotação em um extremo, enquanto as galáxias em fusão, com estrelas indo para direções variadas em outro extremo.

Em resumo, galáxias disco, que são dominadas por movimentos seculares, são menos eficientes em cessar a formação estelar do que galáxias em fusão. Isso indica que interação em galáxias é o mecanismo mais eficiente em cessar a formação estelar. Durante a fusão ocorre um surto intenso de formação estelar, utilizando praticamente todo o gás disponível em um curto espaço de tempo, e posteriormente cessando a formação. Galáxias disco formam estrelas mais lentamente, consumindo aos poucos o gás e demorando mais tempo pra parar de formar estrelas.

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