O que aconteceu com a galáxia irmã da Via Láctea?

Título: The Andromeda galaxy’s most important merger about 2 billion years ago as M32’s likely progenitor

Autores: Richard D’Souza, Eric F. Bell

Instituição do primeiro autor: University of Michigan e Vatican Observatory

Status do artigo: Publicado em Nature Astronomy, acesso fechado (mas uma versão aberta por ser encontrada no arXiv)

Canibalismo cósmico é muito comum — acreditamos que todas as galáxias grandes cresceram por meio de fusões com galáxias menores. Nossa própria Via Láctea é culpada de engolir suas irmãs menores e vai continuar a fazê-lo, provavelmente consumindo as Nuvens de Magalhães em algum momento nos próximos bilhões de anos. A galáxia grande mais próxima de nós, Andrômeda, que é a maior do Grupo Local, também vai nos consumir! (Por sorte, provavelmente não estaremos mais por aqui quando isso acontecer, em aproximadamente 4 bilhões de anos.) No entanto, o artigo de hoje não trata de futuras fusões de galáxias no nosso Grupo Local. Em vez disso, ele fala de um evento significativo de fusão no passado entre Andrômeda (também chamada de M31) e o que possivelmente costumava ser a terceira maior galáxia do Grupo Local, M32.

M32 (veja a Figura 1) é um objeto curioso — apesar de se parecer com uma galáxia elíptica velha de início, é uma das galáxias mais compactas que se conhece. É muito mais compacta que a maioria das galáxias elípticas, que se acredita serem formadas por meio de interações disruptivas e fusões com galáxias menores. Assim, M32 tem sido criativamente classificada como galáxia elíptica compacta. Além disso, M32 tem muitas estrelas jovens (completamente inesperado em galáxias elípticas velhas), e tem uma metalicidade muito alta comparada à sua massa, sugerindo que já foi mais massiva do que é agora. Estudos anteriores atribuíram essas características de M32, assim como a existência de um halo débil de estrelas ao redor de Andrômeda e de uma “Corrente Estelar Gigante”, à ocorrência de muitas interações entre as duas galáxias. No entanto, outras tantas observações do sistema Andrômeda-M32 sugerem que um evento muito mais rápido e cataclísmico aconteceu.

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Figura 1. A galáxia de Andrômeda (centro) com M32 (abaixo à esquerda) e M110 (acima à direita). Crédito: Wikisky

Halos estelares fracos ao redor de galáxias grandes são geralmente indicativos de interações, ou possivelmente canibalismo de galáxias menores, assim como a existência de correntes de estrelas. No entanto, o halo de Andrômeda e a Corrente Estelar Gigante são um pouco peculiares. Em particular,  o halo é enorme (~20 vezes mais massivo que o da Via Láctea), e tanto o halo quanto a Corrente Gigante Estelar têm altas metalicidades. Quão altas? Quase tão altas quanto a de M32, na verdade. Combinando todas essas observações com a evidência de que Andrômeda passou por um surto de formação estelar ao redor de 2 bilhões de anos atrás, que produziu um quinto de todas as suas estrelas, temos os ingredientes para a criação de uma das maiores fusões em nossas mãos.

Munidos de várias observações do sistema Andrômeda-M32, os autores do artigo de hoje simularam a fusão de Andrômeda com a galáxia possivelmente progenitora de M32, chamada de M32p. Suas simulações mostraram que a perturbação de M32p causa um aumento na formação estelar logo antes de M32p ser completamente devorada, deixando apenas a M32 de hoje para trás. As simulações também mostraram que M32p foi desmontada em um halo rico em metais e, na maioria dos casos, uma corrente de estrelas ricas em metais. Em outras palavras, as simulações reproduzem muito bem as observações! Comparando suas simulações a observações do sistema hoje, os autores encontram que M32p deveria ter 2.5 \times 10^{10}  massas solares, sendo a terceira maior galáxia no Grupo Local depois de Andrômeda e da Via Láctea (ver Figura 2).

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Figura 2. M32p comparada com galáxias do Grupo Local. M32p é representada aqui por M64, uma galáxia análoga no universo local. Figura 4 modificada do artigo, crédito: R. D’Souza.

Os autores do artigo de hoje combinaram dados observacionais com simulações de computador para determinar que Andrômeda deve ter sofrido um evento de fusão com a progenitora de M32, M32p, a aproximadamente 2 bilhões de anos atrás. Tudo que sobrou dessa colisão colossal é o núcleo galáctico denso agora conhecido como M32, um halo estelar quase invisível ao redor de Andrômeda, e uma característica conhecida como Corrente Estelar Gigante, que parece ser feita de estrelas jogadas durante a fusão. Antes deste estudo, astrônomos acreditavam que a presença da Corrente Estelar Gigante entre Andrômeda e M32 indicava múltiplas interações entre as duas galáxias. No entanto, o artigo de hoje mostra que apenas uma colisão cataclísmica é suficiente para explicar as observações — a compacidade de M32; a alta fração de estrelas jovens em M32; o surto de formação estelar observado em Andrômeda ao redor de 2 bilhões de anos atrás; e as composições similares de M32, do halo estelar de Andrômeda, e da Corrente Estelar Gigante.

Como uma fusão desse tamanho deixa a estrutura espiral de Andrômeda relativamente intacta? A verdade é que não sabemos exatamente. Talvez M32p originalmente tinha um bojo galáctico pequeno que provavelmente escapou da coalescência com o centro de Andrômeda. Mais simulações de fusões grandes são necessárias para entender as condições que ditam se o resultado de uma fusão de galáxias é de um núcleo só, ou não. De qualquer forma, agora sabemos que tal coalescência não é necessariamente o produto final de uma fusão grande de galáxias, o que teria implicações importantes para a colisão iminente da Via Láctea com Andrômeda em apenas 4 bilhões de anos. Fique ligado!


Baseado no texto em inglês What happened to the Milky Way’s sister galaxy?, por Stephanie Hamilton

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