Título: Revisiting Galaxy Evolution in Morphology in the COSMOS field (COSMOS-ReGEM): I. Merging Galaxies
Autores: Jian Ren, Nan Li, F. S. Liu, Qifan Cui, Mingxiang Fu, Xian Zhong Zheng
Instituição do primeiro autor: National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Science, China
Status: Aceito no Astrophysical Journal [acesso aberto]
Galáxias são um pouco como LEGO. Ao menos, se você simplificar uma das teorias fundamentais da cosmologia Lambda-CDM, nosso melhor modelo atual do universo, o que se poderia dizer é que todas as estruturas no universo hoje se formaram a partir da fusão de estruturas menores, algo como montar uma obra de arte de LEGO. Então, para construir uma galáxia massiva como a nossa Via Láctea, você precisa fundir muitas galáxias menores primeiro. Um dia, nossa galáxia irá colidir com nossa vizinha mais próxima, a galáxia de Andrômeda, para formar uma galáxia ainda mais massiva. Se você retroceder o relógio do nosso universo, o que essa simples e fundamental ideia prevê é que colisões de galáxias eram mais frequentes no início do universo. No entanto, isso tem sido uma predição difícil de provar, uma vez que requer observações muito profundas no universo.
Embora possa parecer fácil identificar essas colisões colossais com galáxias próximas, isso se torna muito difícil para galáxias mais distantes, i.e., galáxias no universo primordial (sabendo que distante = alto redshift = maior tempo retrospectivo). A essas distâncias, nós precisamos de instrumentos melhores e maiores para resolver detalhes e coletar luz suficiente para realmente identificar essas fusões mais distantes e, portanto, mais opacas. Os autores do artigo de hoje usaram observações do campo COSMOS — uma área do céu que tem sido extensivamente observada por múltiplos telescópios de ponta — para identificar fusões de galáxias e investigar suas propriedades.
Como detectar uma fusão
Há uma variedade de métodos para identificar galáxias em fusão. Caso você tenha resolução espacial suficiente, significando que você pode ver a extensão da galáxia em vez de apenas uma fonte pontual, frequentemente verá a evidência apenas a olho nu. Na Figura 1, você pode ver um belo exemplo de uma fusão local. Essas são chamadas Galáxias Ratos, ou NGC 4676. Essa fusão está perto o suficiente para que possamos vê-la em ação — os dois núcleos galácticos são claramente distinguíveis, e nós podemos ver até mesmo uma ponte conectando-os, assim como caudas de maré brilhantes de estrelas e gás fluindo para longe da colisão. Características similares são identificadas no campo COSMOS pelos autores de hoje, alguns exemplos são mostrados na Figura 2. No total, 3594 galáxias de 33605 foram identificadas como fusões através da inspecão visual e da procura por essas pistas.
Alternativamente, você pode simplesmente buscar galáxias que estão próximas umas das outras, já que a expectativa é que as forças da gravidade já estejam em ação para uma colisão iminente. Isso é útil se você não puder discernir muitos detalhes sobre as galáxias e, em vez disso, puder vê-las apenas como fontes pontuais. No entanto, não é suficiente apenas encontrar dois pontos de luz que parecem estar próximos em uma imagem, pois nesse caso você estará apenas considerando coisas em um espaço bidimensional. Se você olhar para um pedaço de céu noturno, poderá ver duas galáxias que aparecem juntas, mas, na verdade, uma galáxia pode estar muito mais distante de nós que a outra. Para corrigir esse problema incômodo, você deve conhecer o redshift da galáxia (de novo, lembre-se de que o redshift é frequentemente usado como medida de distância de nós, os observadores). Checando a distância entre as fontes em ambos os planos 2D do céu, e de acordo com seus redshifts, 1737 pares de galáxias foram identificados.
Às vezes, entretanto, até mesmo esse método de pares é muito difícil. Redshifts podem ser difíceis de obter e, algumas vezes, as distâncias são muito grandes para que se possa resolver pares de galáxias. Por esse motivo, os autores de hoje usaram sua impressionantemente enorme amostra de fusões, pares e galáxias não interagentes para investigar alguns métodos alternativos que poderiam ser úteis para uma amostra com mais alto redshift. Eles concluem que dois parâmetros em particular, M20 e A0, são especialmente bons na identificação de fusões. M20 é uma medida de como o brilho está espalhado por uma galáxia e A20 mede a assimentria dos arredores de uma galáxia. As imagens de fusão de galáxias tipicamente resultam em valores muito altos de M20 e A0 do que as imagens de galáxias que não se fundem. Isso faz algum sentido — galáxias em fusão provavelmente deveriam mostrar muito menos estrutura e simetria, uma vez que essas colisões são violentas e caóticas.
Fusão através do tempo cósmico
As galáxias em fusão identificadas nesse trabalho abrangem um intervalo de redshift 0.2-1 — em termos de tempo, é de 2 bilhões a 8 bilhões de anos atrás. Contando todas as galáxias detectadas nas observações do artigo, e classificando-as como em fusão ou não através dos métodos acima, podemos ver que a fração de fusão (número de fusões dividido pelo número total de galáxias da amostra) aumenta em função do redshift na Figura 3. Como previsto, há, com certeza, mais fusões nos primórdios do universo. A partir dessa evolução, é estimado que uma galáxia massiva no universo com redshift < 1 irá experimentar, em média, uma grande fusão a cada 10 bilhões de anos.
Esforços futuros da próxima geração de telescópios de ponta, já iniciados pelo JWST, ajudarão a estender essa investigação para redshifts cada vez maiores. Olhar cada vez mais para trás no tempo irá pintar um quadro das fusões de galáxias no início do universo, onde o jogo cósmico de LEGO era provavelmente ainda mais intenso e caótico.
Traduzido para o português do astrobite original “A cosmic game of LEGO“, escrito por Lucie Rowland e editado por Storm Colloms.
Créditos da imagem em destaque: NASA, Holland Ford (JHU), the ACS Science Team and ESA.
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