Desvendando o mistério: como se formam as maiores galáxias?

Um estudo recente publicado na revista Nature trouxe novas evidências sobre a formação de galáxias elípticas, as maiores estruturas do universo. Até então, a origem dessas gigantes cósmicas era um enigma para os astrofísicos.

O universo abriga dois tipos principais de galáxias: as espirais, como a Via Láctea, ricas em gás e com formação estelar contínua em um disco rotativo; e as elípticas, grandes, esféricas e sem formação estelar significativa, compostas principalmente por estrelas com mais de 10 bilhões de anos.

Modelos cosmológicos tradicionais enfrentavam dificuldades em explicar a formação das galáxias elípticas, pois a formação estelar na época de sua formação (entre 10 e 12 bilhões de anos atrás) acreditava-se ocorrer em grandes discos rotativos, semelhantes à Via Láctea. A grande questão era: como essas galáxias mudaram de discos planos para a forma tridimensional que observamos?

Pesquisadores, usando dados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), identificaram os locais de nascimento dessas galáxias gigantes. A análise focou na distribuição de poeira em mais de 100 galáxias distantes, altamente ativas na formação estelar quando o universo tinha entre 2,2 e 5,9 bilhões de anos. A poeira, indicadora da presença de gás – matéria-prima para novas estrelas – permitiu estudar as regiões de formação estelar ativa.

Utilizando uma nova técnica observacional, a equipe descobriu que a poeira nestas galáxias distantes era extremamente compacta, diferente do esperado em galáxias em forma de disco. A geometria tridimensional dessas regiões foi inferida, revelando que a maioria das galáxias formadoras de estrelas nos primórdios do universo eram esféricas, e não achatadas, assemelhando-se às galáxias elípticas atuais.

Simulações computacionais foram usadas para interpretar esses resultados e entender os mecanismos físicos por trás da concentração de gás e poeira nos centros dessas galáxias distantes. Os resultados sugerem que a ação simultânea de fluxos de gás frio de galáxias vizinhas, juntamente com interações e fusões galácticas, impulsionaram o gás e a poeira para núcleos compactos e formadores de estrelas. As simulações indicam que este processo era comum no universo primitivo, explicando a rápida formação de galáxias elípticas.

Esta descoberta foi possível graças a uma nova técnica de análise de dados do ALMA. O ALMA opera combinando sinais de múltiplas antenas, usando interferometria. Embora isso forneça imagens nítidas, a análise de dados é complexa. A nova técnica possibilita medições mais precisas da distribuição de poeira, um avanço significativo. Para esta pesquisa, foram usados dados abertos e de acesso público do ALMA, acumulados ao longo de vários anos, demonstrando o poder da colaboração científica e dos dados abertos.

Observações futuras com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Euclid mapearão a distribuição de estrelas nos ancestrais distantes das galáxias elípticas de hoje. O Extremely Large Telescope (ELT), com seu espelho de 39 metros, fornecerá detalhes sem precedentes dos núcleos formadores de estrelas em galáxias distantes. Observações mais detalhadas da dinâmica do gás com o ALMA e o Very Large Telescope (VLT) revelarão como o gás se move em direção aos centros galácticos, alimentando a formação de estrelas e moldando as galáxias que vemos hoje.