Antes só do que mal-acompanhada: uma comparação entre galáxias de void e galáxias em locais populosos.

Título: The Loneliest Galaxies in the Universe: A GAMA and GalaxyZoo Study on Void Galaxy Morphology

Autores: Lori E. Porter, Benne W. Holwerda, Sandor Kruk, Maritza Lara-López, Kevin Pimbblet, Christopher Henry, Sarah Casura e Lee Kelvin

Instituição do primeiro autor: University of Louisville, Kentucky, USA

Status: Aceito para publicação em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS)

Astrônomos seguem tentando entender precisamente como o ambiente onde as galáxias se desenvolvem pode afetar seus destinos. Mas o que significa ‘ambiente’? Em cosmologia, nos referimos à teia cósmica. Ela é uma complexa rede de filamentos de matéria ordinária e matéria escura que lembra uma teia de aranha. A teia cósmica é separada por regiões extremamente vazias chamadas de voids.

Enquanto que aglomerados de galáxias tendem a acumular galáxias ao longo de densos filamentos de teia cósmica devido à atração gravitacional incessante, ainda é possível que algumas galáxias se desenvolvam em voids. Essas galáxias são alguns dos objetos mais isolados do universo, por isso, é possível que suas evoluções sejam diferentes de galáxias “sociáveis” através de morfologia e propriedades distintas.

Os autores do artigo de hoje tentaram ver se é de fato o caso estudando as propriedades de galáxias em voids e suas gêmeas, ou galáxias equivalentes em filamentos densos com as quais os autores nomearam de galáxias de campo. Ao comparar as duas classes, os autores puderam analisar outras propriedades como redshift (uma representação de distância), formação estelar e massa estelar. Assim, puderam verificar se o ambiente é um fator importante na evolução das galáxias.

Selecionando dados dentro de dados

As galáxias do estudo foram tiradas do levantamento GAMA (Galaxy and Mass Assembly), a distinção entre galáxias de void e as demais foi feita com o sub-levantamento GAMA Large Scale Structure Catalogue (GLSSC). Para entender as propriedades morfológicas dos conjuntos de dados, os autores precisaram dos dados do GAMA-KiDS Galaxy Zoo, um exemplo de ciência cidadã no qual o público é convidado a ajudar a classificar galáxias baseado na sua aparência. Caso esteja interessado a participar, você pode começar a ajudar aqui (no canto direito é possível trocar para o espanhol).

Além disso, já que as características morfológicas das galáxias podem variar com o redshift, os autores dividiram galáxias de void e de campo entre grupos locais e distantes de redshift entre 0 – 0.075 e 0.075 – 0.15, respectivamente. Além disso, para aumentar o tamanho do conjunto de dados, os autores consideraram dois tipos de gêmeos, um com condições rigorosas e outro menos rigoroso. Ao usar a amostra com condições mais flexíveis, os autores conseguiram aumentar o tamanho da amostra de gêmeos, permitindo que conclusões mais fortes fossem tiradas nesse caso. No entanto, a desvantagem é que essas gêmeas são um pouco menos comparáveis ​​em geral às galáxias vazias.

Com os dois conjuntos, os autores se concentraram em como certas propriedades variavam entre as populações. A Figura 1 mostra o gráfico entre taxa de formação estelar (SFR) e raio efetivo (R_eff) como função da massa estelar (M_*) para galáxias de void comparadas a suas gêmeas para os dados locais. Os pontos estão coloridos de acordo com o índice Sérsic, que descreve como a intensidade da luz de uma galáxia varia radialmente. O índice maior que dois indica que a luz tem um pico central e cai rapidamente, como se espera de uma galáxia elíptica. Por outro lado, índices menores que dois são tipicamente de galáxias de disco, como espirais, já que indicam que a densidade é mais constante por toda a galáxia. Observando a figura 1, fica claro que os dois grupos morfológicos se agrupam, com galáxias do tipo disco em azul e galáxias elípticas em verde e amarelo.

Também digno de nota na figura 1 é a relação tamanho-massa que os autores ajustaram aos dados nos três painéis inferiores, mostrados como linhas pretas com o erro indicado em travessões. A relação tamanho-massa é frequentemente usada para entender o quão evoluída é uma galáxia, uma vez que galáxias maiores com raios maiores tendem a ter mais massa, provavelmente indicando fusões passadas com outras galáxias e, portanto, uma vida mais longa. O painel central inferior mostrando os dados de galáxias de void parece ter uma tendência diferente em comparação com os conjuntos de dados dos dois gêmeos em ambos os lados, possivelmente indicando uma história evolutiva diferente. No entanto, os autores alertam para quaisquer conclusões fortes devido ao pequeno tamanho da amostra.

Em seguida, os autores voltam sua atenção para as características morfológicas estudadas pelos cientistas cidadãos da pesquisa do Galaxy Zoo. Como parte da pesquisa, uma pergunta feita aos participantes foi “Quão proeminente é o bojo central, em comparação com o resto da galáxia?”

A Figura 2 mostra histogramas cumulativos das frações de votação para as amostras locais e distantes e compara as galáxias de void em preto com as galáxias de campo em azul. A fração de votação (no eixo x) indica qual porcentagem da população concordou que não havia bojo na imagem que foi mostrada. Por exemplo, uma fração de votação de 0,6 indica que 60% dos entrevistados concordaram que não havia protuberância na imagem que lhes foi mostrada. O eixo y mostra a distribuição cumulativa das frações de votação para as populações, de modo que uma curva inicialmente íngreme, mas depois estabilizada, indica que a maioria das galáxias na amostra tinha frações de votação baixas e, portanto, tinham bojo. Os painéis da esquerda usam as galáxias de campo com as condições mais conservadoras para serem consideradas gêmeas, enquanto que os dados de todas as gêmeas foram usados ​​nos painéis da direita.

Para o conjunto de dados local (linha superior da figura 2), tanto as amostras de void quanto as de campo têm 75% de galáxias dentro de uma fração de votação de 0,25, o que significa que os participantes discordam fortemente de que não haja bojo nessas populações. De maneira simples, essas populações como um todo mostraram evidências de bojo. Na amostra distante abaixo, o mesmo vale para as galáxias vazias, no entanto, as galáxias de campo mostram mais diversidade e nem sempre têm uma protuberância presente, pois há uma distribuição mais plana e uniforme das frações de votação.

Dados os pequenos tamanhos de amostra do estudo, os autores concluem que as galáxias vazias são amplamente semelhantes às suas gêmeas “sociáveis”, particularmente no regime do universo local. Dito isto, há indícios de que galáxias isoladas podem evoluir de maneira diferente de suas antagonistas em regiões mais densas do universo. Com um tamanho de amostra maior, as coisas ficarão mais claras. No entanto, pelo menos por enquanto, as “galáxias desacompanhadas” parecem estar indo bem, mesmo que um seja o número mais solitário.

Adaptado do Astrobite: Is One Really the Loneliest Number? Void Galaxies Compared to Their More Popular Counterparts in the Field escrito por Sonja Panjkov.

Figura de destaque: Parte da simulação do THESAN Project.