Galáxias água-viva nadando em aglomerados

Título: Spectacular HST observations of the Coma galaxy D100 and star formation in its ram pressure stripped tail

Autores: William J. Cramer, Jeffrey D. P. Kenney, Ming Sun, Hugh Crowl, Masafumi Yagi, Pavel Jáchym, Elke Roediger, Will Waldron

Instituição do primeiro autor: Department of Astronomy, Yale University, New Haven, CT, USA

Status: Publicado no The Astrophysical Journal [acesso aberto], disponível no arXiv

Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas gravitacionalmente ligadas no Universo e contém desde centenas a milhares de galáxias, que se acumulam devido à gravidade, e podem atingir vários megaparsecs de tamanho. No entanto, os aglomerados de galáxias não são gigantes gentis. Esses objetos enormes contém plasma emissor de raios-X extremamente quente e podem produzir forças de maré fortes o suficiente para separar galáxias.

Por causa dessas propriedades de aglomerados, galáxias em aglomerados e galáxias em outras partes do Universo (chamadas de galáxias de campo) podem diferir drasticamente. Galáxias que entraram em um ambiente de aglomerado são mais frequentemente elípticas, têm baixas taxas de formação estelar e contém muito pouco gás (a partir do qual novas estrelas são formadas). Essa “relação morfologia-densidade” está bem estabelecida há décadas e, embora exista uma série de teorias, suas causas específicas ainda não são claras.

O artigo de hoje apresenta observações de “remoção de pressão de arraste”, um mecanismo que pode explicar a evolução das galáxias de ricas em gás para pobres em gás ao entrarem em um aglomerado. Uma galáxia se movendo através de um meio (neste caso, o plasma quente intra-aglomerado) pode ter um gás fracamente ligado removido por forças de arraste daquele meio. Imagine como seria se você derramasse um saco de farinha sobre a cabeça e, em seguida, enfiasse a cabeça para fora da janela de um carro em alta velocidade (não que eu recomende isso).

A evidência dos autores para a remoção da pressão de arraste vem na forma de uma “galáxia água-viva”. Nesse caso, eles examinam a D100, uma galáxia espiral barrada próxima ao centro do aglomerado Coma. As galáxias de águas-vivas representam um exemplo extremo de remoção de pressão de arraste, onde o gás extraído flui em uma longa cauda atrás da galáxia, dando-lhes sua aparência distinta. Pense no exemplo da janela do carro com a cabeça de farinha –  provavelmente você esperaria ver algo parecido.

Figura 1: Esquerda: imagem composta da galáxia D100, mostrando o gás retirado do disco da galáxia, que está se movendo da esquerda para a direita nesta imagem (Figura 2 no artigo). À direita: uma água-viva, para comparação (crédito: Alexander Semenov).

Usando novas observações do Telescópio Espacial Hubble (HST), este trabalho examina a galáxia e a longa cauda atrás, que contém muito menos estrelas do que o disco galáctico principal e, portanto, é muito mais fraca. A Figura 1 é uma imagem composta, combinando as observações do HST da luz das estrelas, com as observações da linha de emissão do telescópio Subaru, mostrando a presença de gás hidrogênio excitado. Esta emissão Hα é mostrada em vermelho brilhante e demonstra o efeito dramático que o aglomerado Coma está tendo nesta galáxia.

A emissão de Hα de galáxias é geralmente um indicador de formação estelar em andamento (embora possa ter outras fontes). No entanto, é a combinação de medições de Hα e as poderosas observações do HST que tornam este trabalho possível. Graças à resolução excepcional do Hubble e suas múltiplas bandas de observação – F814W (comprimentos de onda vermelho/infravermelho próximo), F475W (azul) e F275W (UV próximo) – os autores são capazes de estudar não apenas o quanto de formação estelar está ocorrendo, mas também onde na cauda isso está acontecendo.

Uma cauda de três bandas

A análise de cor dos autores mostra que a formação estelar parou há muito tempo na periferia da galáxia, mas parou mais recentemente perto do centro e está em andamento no núcleo. Isso indica que o gás formador de estrelas foi removido primeiro da periferia da galáxia, causando “extinção de fora para dentro”.

Figura 2: imagem HST de D100. A seta está apontando para um aglomerado com formação estelar, embutido em uma região escura de poeira que também está sendo removida (adaptado da Figura 5 no artigo de hoje).

Um zoom na imagem do HST (Figura 2) também revela uma pequena mancha brilhante, localizada em uma nuvem de poeira. A cor desta mancha, que é brilhante nas bandas azul e UV e mais fraca no vermelho, indica que se trata de um “aglomerado” de formação estelar em andamento. Na verdade, as observações do HST encontram 37 manchas brilhantes (mostradas na Figura 3), e a análise de suas cores mostra que 10 delas são aglomerados de formação estelar, todos encontrados na cauda do gás. As 27 outras fontes são principalmente fontes de fundo, como galáxias distantes.

Figura 3: Mapa de 37 fontes brilhantes em torno de D100. Aqueles marcados em azul / sublinhado são aglomerados com formação estelar (Figura 12 no artigo de hoje).

A principal conclusão do artigo é que o gás extraído pode formar estrelas fora do disco galáctico, mas não as forma uniformemente em toda a cauda. Em vez disso, as estrelas se formam nesses aglomerados, que têm até 100 parsecs de tamanho. O brilho dessas regiões é, no entanto, insuficiente para produzir toda a emissão de Hα que é observada. Isso indica que outro mecanismo (como choques de gás) deve ser responsável por parte dessa emissão, mas a natureza precisa desse mecanismo permanece, por enquanto, um mistério.

Embora este artigo seja um endosso convincente à remoção de pressão de arraste, é importante notar que a pressão de arraste por si só não é suficiente para explicar todas as diferenças entre galáxias de aglomerados e de campo. Por exemplo, não fornece nenhuma explicação de por que as galáxias de disco são mais raras em aglomerados. Uma descrição completa da relação entre as galáxias e seus ambientes provavelmente será uma combinação complexa de diferentes efeitos, em que a remoção de pressão de arraste terá um papel pequeno, mas importante.

Adaptado de Jellyfish Galaxies Swimming Through Clusters escrito por Roan Haggar.

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