Galáxias pós-starburst: o elo perdido na evolução de galáxias?

Título: Massive post-starburst galaxies at z > 1 are compact proto-spheroids

Autores: Omar Almaini, Vivienne Wild, David T. Maltby, William G. Hartley, Chris Simpson, Nina A. Hatch, Ross J. McLure, James S. Dunlop, Kate Rowlands

Instituição do Primeiro Autor: School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Reino Unido

Status: Aceito para publicação no MNRAS, acesso livre

 

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Figura 1: NGC 5090 e 5091, um par de galáxias em interação que mostram duas morfologias diferentes. NGC 5090 é uma galáxia elíptica, enquanto NGC 5091 é uma galáxia espiral em forma de disco. Fonte: ESO

Pesquisas no universo próximo mostram que podemos dividir galáxias em dois tipos se olharmos para suas cores. Encontramos uma “nuvem azul” de galáxias que formam estrelas, e uma “sequência vermelha” de elípticas passivas que tem formação estelar insignificante (este tema já foi discutido previamente neste post do Astropontos). Além de suas cores, existe uma outra diferença importante entre esses dois tipos de galáxias: seus formatos, ou morfologia. Galáxias azuis têm, em sua maioria, formato de disco, enquanto galáxias vermelhas são geralmente esferoidais. A maioria das galáxias massivas que encontramos próximas a nós são esferoidais passivas. Mas como e quando evoluem de discos formadores de estrelas para esferóides vermelhos, sem conseguir formar mais estrelas?

No artigo desta semana os autores investigam as galáxias chamadas de pós-starburst, galáxias que apenas recentemente pararam de formar estrelas. Uma hipótese sobre a evolução das galáxias sugere que as galáxias se movem da nuvem azul para a sequência vermelha após uma rápida cessão da formação estelar. Desligando a formação estelar, as estrelas azuis quentes rapidamente morrem e resta somente a população estelar vermelha e velha na galáxia, explicando sua transição de cor. Esta ideia, porém, não explica a transformação estrutural adicional que muda o formato das galáxias de disco para esferóide. Galáxias pós-starburst, que são galáxias raras que vivem nessa fase de transição, podem ajudar a esclarecer esta questão.

Galáxias pós-starburst são tradicionalmente identificadas por suas características espectrais: normalmente as linhas de absorção fortes são associadas a estrelas do tipo A, que dominam a luz dessas galáxias. No entanto, espectroscopia nos limita a observar apenas galáxias próximas brilhantes. Galáxias muito distantes são bem mais fracas e por isso requerem maior tempo de exposição nos telescópios mais concorridos. Os autores deste artigo utilizam uma técnica alternativa, identificando “supercores” que os permitem categorizar as galáxias usando apenas dados fotométricos, o que é muito mais simples de se obter. Este método permite obter uma grande amostra de galáxias em altos redshifts (z > 1), investigando um período mais recente da história do Universo do que em outros estudos sobre galáxias pós-starburst. Os autores estão interessados em duas propriedades das galáxias pós-starburst: o tamanho (ou compacidade, medida de quão compacta uma galáxia é), e a morfologia. Assim, eles comparam essas propriedades àquelas galáxias que vivem na nuvem azul e na sequência vermelha.

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Figura 2: Estes gráficos mostram a massa das galáxias contra o raio efetivo (Re). Galáxias azuis que formam estrelas são representadas por pontos azuis, enquanto galáxias vermelhas e mortas são mostradas como pontos vermelhos, e as galáxias pós-starburst são mostradas como pontos pretos. A figura à esquerda mostra as medidas de cada galáxia individualmente, e uma barra de erros representativa, enquanto a figura à direita mostra o valor médio para cada intervalo de massa. As galáxias passivas e as pós-starburst são claramente mais compactas (menor Re) do que as que formam estrelas. Figura 4 no artigo.

Uma forma de medir a compacidade de uma galáxia é utilizando o raio efetivo, que é o raio até onde a galáxia emite metade de sua luz total. Na figura 2, os autores comparam as diferentes populações de galáxias em sua amostra, e encontram que galáxias vermelhas passivas são muito mais compactas do que galáxias azuis formando estrelas. Isto não é uma surpresa, e está de acordo com observações anteriores. O resultado interessante aqui é que as galáxias pós-starburst também são muito compactas, similar à população vermelha e na verdade até mais compacta no intervalo de altas massas.

Para investigar o formato das galáxias, os autores mediram o índice de Sérsic, um parâmetro conhecido para caracterizar a morfologia da galáxias que descreve como o perfil de brilho se comporta. Um índice de Sérsic baixo implica em um formato dominado por um disco, enquando índice de Sérsic alto indica um formato dominado por um esferóide.

O resultado disso é mostrado na figura 3, que está de acordo com as expectativas: as galáxias azuis tem índices de Sérsic baixos correspondendo às morfologias do tipo disco, e as galáxias vermelhas tem alto índice de Sérsic, indicando morfologia esferoidal. As galáxias pós-starburst, novamente, são similares a população vermelha, com altos índices de Sérsic.

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Figura 3: Estes gráficos mostram a distribuição do índice de Sérsic para os três tipos de galáxias da amostra, o que corresponde ao formato das galáxias. No histograma da esquerda, podemos ver que as galáxias pós-starburst (preto) tem relativamente altos índices de Sérsic, similar ao comportamento visto nas galáxias vermelhas passivas. Isso indica que ambas populações têm formatos esferoidais, comparadas às galáxias dominadas por discos, que apresentam baixos índices de Sérsic. No gráfico à direita, temos o índice de Sérsic contra a massa das galáxias, onde vemos o mesmo padrão. Figura 8 no artigo.

Os autores concluem que como galáxias pós-starburst apresentam características morfológicas muito similares às das galáxias vermelhas passivas, a transformação de suas estruturas de disco para esferóide deve ter acontecido antes ou durante o evento que fez cessar a formação estelar. As galáxias pós-starburst, muito compactas, são interpretadas como sendo “proto-esferóides”, que vão eventualmente evoluir para galáxias elípticas vermelhas e massivas que observamos frequentemente no universo local.


Nota: Este post foi baseado no astrobite Post-starburst galaxies: the missing link in galaxy evolution?, escrito por Joanna Ramasawmy.

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