Formação de galáxias elípticas: astrônomos desvendam o mistério

Um estudo recente publicado na revista Nature trouxe novas descobertas sobre a formação das maiores galáxias do universo: as elípticas. Até agora, a origem dessas gigantes cósmicas, que se caracterizam por sua forma esférica e ausência de formação estelar ativa, era um enigma para a astrofísica.

Ao contrário das galáxias espirais, como a Via Láctea, que possuem um disco rotativo rico em gás e continuamente formam novas estrelas, as galáxias elípticas são dominadas por estrelas formadas há mais de 10 bilhões de anos. Os modelos cosmológicos tradicionais, que descrevem a evolução do universo desde o Big Bang, tinham dificuldades em explicar como essas galáxias se formavam.

Uma das principais dificuldades residia no fato de que a formação estelar na época em que as galáxias elípticas se formaram (entre 10 e 12 bilhões de anos atrás) era, segundo estudos anteriores, considerada como ocorrendo em grandes discos rotativos, semelhante à Via Láctea. A questão, portanto, era: como essas galáxias transformaram sua forma de discos planos em estruturas tridimensionais elípticas?

Usando dados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos analisou a distribuição de poeira em mais de 100 galáxias distantes, que estavam formando muitas estrelas quando o universo tinha entre 2,2 e 5,9 bilhões de anos. A poeira indica a presença de gás, o material a partir do qual novas estrelas são formadas, permitindo estudar as regiões de formação estelar ativa em uma galáxia.

Através de uma nova técnica de análise de dados do ALMA, a equipe descobriu que a poeira nessas galáxias distantes era extremamente compacta, diferente do esperado em galáxias em forma de disco. A análise permitiu inferir a geometria tridimensional das regiões emissoras de poeira, revelando que a maioria das galáxias formadoras de estrelas do início do universo eram esféricas, e não em forma de disco, assemelhando-se às galáxias elípticas próximas a nós hoje.

Simulações computacionais cosmológicas foram então utilizadas para interpretar esses resultados observacionais e entender os mecanismos físicos que podem ter causado o afundamento de poeira e gás nos centros dessas galáxias distantes e formadoras de estrelas. Os resultados indicam que a ação simultânea de fluxos de gás frio de galáxias vizinhas, juntamente com interações e fusões de galáxias, podem impulsionar o gás e a poeira para núcleos compactos e formadores de estrelas dentro dessas galáxias. As simulações também mostram que esse processo era comum no universo primitivo, fornecendo uma explicação importante para a rápida formação de galáxias elípticas.

Esta descoberta foi possível graças a uma nova técnica de análise de observações do ALMA. Os dados do ALMA são diferentes das imagens obtidas por telescópios ópticos tradicionais, pois o ALMA opera combinando sinais de múltiplas antenas que funcionam juntas como um único telescópio gigante, utilizando a técnica de interferometria. Essa nova técnica permitiu medições mais precisas da distribuição de poeira do que os métodos anteriores. Para esta pesquisa, foram utilizados dados abertos e de acesso livre do ALMA, acumulados ao longo de vários anos, demonstrando o poder dos dados de código aberto e das colaborações internacionais na promoção de avanços científicos. Observações futuras com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o telescópio espacial Euclid fornecerão mapeamentos mais detalhados da distribuição de estrelas nos ancestrais distantes das galáxias elípticas atuais. Além disso, observações mais nítidas da dinâmica do gás com o ALMA e o Very Large Telescope (VLT) revelarão como o gás se move em direção aos centros das galáxias, alimentando a formação de estrelas e moldando as galáxias que vemos hoje.

A pesquisa foi conduzida por Annagrazia Puglisi, bolsista de aniversário de astrofísica da Universidade de Southampton, e publicada na revista Nature.