Título: Study of star formation in dual nuclei galaxies using UVIT observations
Autores: K. Rubinur, M. Das, P. Kharb, J. Yadav, C. Mondal, P.T. Rahna
Instituição do primeiro autor: 1Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, PO box 1029 Blindern, Oslo 0315, Norway, 2National Centre for Radio Astrophysics-Tata Institute of Fundamental Research (NCRA-TIFR), S. P. Pune University Campus, Ganeshkhind, Pune 411007, India
Status: Publicado no MNRAS, [acesso aberto]
Colisão de Galáxias
Dois tipos fundamentais de galáxias existem no universo: galáxias espirais (late-type galaxies), mostrando juventude na forma de características como poeira, estrelas jovens e gás; e galáxias de tipo inicial (early-type galaxies), abrangendo tipos elípticos e S0, tipicamente mais antigas e exibindo uma aparência avermelhada devido ao envelhecimento das estrelas e ao conteúdo reduzido de gás.
No modelo hierárquico de evolução das galáxias, que explica o universo contemporâneo, espera-se que as galáxias evoluam através de colisões galácticas. Esta previsão está alinhada com as observações, particularmente no universo local, onde ocorrem frequentemente colisões entre galáxias. As fusões desempenham um papel crucial na alteração da aparência morfológica (por exemplo, deformação de braços espirais ou conversão de espirais em tipos iniciais) e propriedades intrínsecas (por exemplo, aumento da formação de estrelas através do fornecimento de gás fresco) das galáxias envolvidas.
A identificação de sistemas de fusão de galáxias depende da observação de duas características principais através de estudos de imagem (Fig. 1). O primeiro envolve a detecção de estruturas estelares ou gasosas assimétricas dentro e ao redor da galáxia. Prevê-se que a fusão perturbe a estrutura galáctica ao torcer os braços espirais, resultando em correntes deformadas de estrelas, um amplo leque de estrelas e gás, e características semelhantes a conchas (ver Fig.1). Embora a detecção de estruturas assimétricas seja eficaz no universo local, a fraca propriedade de emissão de tais estruturas (<10% da intensidade da galáxia hospedeira) limita a sua utilidade na compreensão de fusões no universo distante.
A segunda envolve a identificação de núcleos duplos separados por dezenas de quiloparsecs ou menos (espera-se que uma galáxia hospede um núcleo de estrelas compactas e gás). Em contraste com a primeira característica, a identificação de núcleos duais revela-se uma ferramenta mais eficaz na compreensão do universo distante.
A compreensão dos sistemas em fusão, num contexto mais amplo, tem o potencial de responder à importante questão de como as galáxias evoluíram ao longo do tempo cósmico, moldando o universo atual que observamos. No entanto, ainda há muito por saber sobre estes sistemas. Ainda não sabemos como as colisões de nuvens de gás e os choques induzidos por fusões desencadeiam a formação de estrelas, se existem distinções morfológicas entre colisões frontais e interações de galáxias em órbita, e como certos buracos negros supermassivos em sistemas em fusão se tornam ativos e começam a acumular matéria em ritmo acelerado.
O artigo de hoje investiga o estudo das taxas de formação estelar em nove galáxias com núcleos duplos, com o objetivo de melhorar a nossa compreensão da história intrínseca da formação estelar de tais sistemas galácticos em interação.
Imagens e Desafios
Cientistas da Índia, Noruega e Espanha colaboraram para utilizar o primeiro observatório astronômico baseado no espaço da Índia, o AstroSat, para observar galáxias com núcleos duplos no comprimento de onda ultravioleta (UV). Dado o foco do estudo no monitoramento da atividade de formação estelar nestes sistemas em fusão, a seleção da luz ultravioleta é ideal, considerando que estrelas massivas emitem uma porção significativa da sua radiação nesta gama de comprimentos de onda, queimando a temperaturas quase duas vezes superiores às do nosso Sol.
No entanto, a análise de tais dados para extrair conhecimentos científicos é muitas vezes desafiadora devido aos processos físicos associados que podem interferir na investigação pretendida. Por exemplo, as emissões UV das estrelas são frequentemente absorvidas pelas partículas de poeira circundantes, levando à emissão no comprimento de onda infravermelho destas partículas à medida que liberam a sua energia de excitação (chamamos isso de extinção). Este fenômeno também pode ocorrer à medida que a luz viaja através da nossa própria galáxia, a Via Láctea. Contabilizando adequadamente a extinção da luz UV, os autores observaram que a taxa estimada de formação estelar aumentou de 2 a 48 vezes mais para diferentes galáxias da amostra em comparação com situações onde a correção apropriada não foi aplicada.
Além disso, como discutido anteriormente, certos buracos negros supermassivos nos núcleos das galáxias são desencadeados durante as fusões, levando à acreção ativa de matéria. Nesta fase, também contribuem para a emissão de UV, que precisa de ser subtraída para uma estimativa justa da formação estelar. Isto pode ser feito mascarando a contribuição UV da região central. Porém, de antemão, é necessário identificar quais núcleos estão apresentando tais fases ativas. Os autores conseguiram isso analisando a cor infravermelha da fonte, que é principalmente a diferença de emissão detectada entre duas bandas de observação infravermelha do telescópio WISE. Esta diferença seria maior (mais vermelha) para AGNs e menor (mais azul) para núcleos de formação estelar em relação a um valor padrão.
Para citar algumas outras correções, deve-se também subtrair os fótons UV de fundo gerados por fontes de fundo não correlacionadas, bem como a contagem precisa dos fótons originados da galáxia, contabilizando tanto as formas perturbadas quanto as simétricas.
Fusões desencadeando o Renascimento Galáctico
Abordando os desafios acima, o estudo trouxe entendimento sobre as atividades de formação estelar e os efeitos associados nas galáxias de núcleo duplo. Isto foi possível identificando aglomerados ou regiões de formação estelar e analisando a cor das galáxias em bandas UV (ou seja, diferença de emissão em comprimentos de onda UV distante (130-180 nanômetros) e UV próximo (200-300 nanômetros), semelhante à estimativa de cor infravermelha mencionada acima).
Os autores detectaram uma taxa mais elevada de formação estelar nestas galáxias, com uma taxa de produção anual de até 32 massas solares (um número frequentemente associado a galáxias com formação estelar). Descobriu-se também que várias galáxias mostram muitas regiões de formação estelar (às vezes até 20) e a maior delas se estende por quase 140.000 anos-luz de tamanho.
Um ponto interessante aqui é que este aumento da atividade de formação estelar está acontecendo principalmente nas áreas do disco distantes do núcleo da galáxia, como também foi observado nos mapas coloridos com aparência mais azulada na periferia da galáxia. Isto é interessante porque infere que as galáxias com núcleos duplos são um processo contínuo de fusão, fornecendo gás e poeira nos arredores, aumentando assim a formação de estrelas nessas regiões. Entretanto, a região central continua a abrigar populações estelares mais antigas.
Este é um estudo piloto e nove galáxias podem não constituir uma amostra estatisticamente completa para prever qualquer tendência geral em tais sistemas. No entanto, este estudo destaca a importância do mapeamento de alta resolução no estudo desses sistemas. O AstroSat oferece resolução três vezes melhor do que outros telescópios UV, como o GALEX. Sem essa alta resolução, as galáxias distantes não podem ser estudadas de forma abrangente.
Crédito da imagem em destaque: Figura 2 de Rubinur et al. 2024.
Adaptado de Galactic Renaissance: A Surge in Star Formation During the Evolution of Galactic Collisions, escrito por Gourab Giri.
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