As galáxias que são consideradas por se tornarem verdes no início da história do universo estão continuamente reciclando imensos volumes de gás hidrogênio e elementos pesados para assim gerarem sucessivas gerações de estrelas que sobrevivem por bilhões de anos.
Essa reciclagem continua mantém as galáxias longe de esvaziar seus tanques de combustível e assim conseguem manter suas épocas de formação de estrelas por mais de 10 bilhões de anos. Contudo, as galáxias que iniciam uma rápida formação de estrelas podem soprar seu combustível remanescente, essencialmente desligando o processo futuro de formação de estrelas.
Essa conclusão é baseada numa série de observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble levou ao limite as capacidades do seu relativamente novo Cosmic Origins Spectrograph, o COS, para detectar massa outrora invisível no halo da nossa Via Láctea e numa amostra de mais de 40 outras galáxias. Dados obtidos por grandes telescópios baseados em Terra como os observatórios do Havaí, Arizona e Chile, também contribuíram para os estudos medindo as propriedades das galáxias.
Essa massa até então invisível é feita de matéria normal, hidrogênio, hélio e elementos mais pesados como o carbono, oxigênio, nitrogênio e o néon, ao contrário da chamada matéria escura que é composta por um tipo de partícula exótica existente no espaço.
Os resultados estão sendo publicados em três artigos da edição de 18 de Novembro da revista Science e que podem se encontrados no final desse post. Os líderes dos três estudos são Nicolas Lehner da Universidade de Notre Dame, em South Bend, Jason Tumlinson do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore e Todd Tripp da Universidade de Massachussetts em Amherst.
A cor e a forma de uma galáxia é fortemente controlada pelo fluxo de gás que ocorre em halo estendido ao seu redor. Todas as modernas simulações do processo de formação das galáxias não conseguem explicar as propriedades das galáxias sem modelar um crescimento complexo de um processo de resposta pelo qual as galáxias adquirem gás e então mais tarde o expelem após ele ter sido processado pelas estrelas. Os três estudos apresentados investigam diferentes aspectos desse fenômeno de reciclagem de gás.
“Nossos resultados confirmam uma premissa teórica de que as galáxias expelem e podem reciclar o gás, mas eles também apresentam um novo desafio para os modelos teóricos para entenderem esses fluxos de gás e integrá-los com a imagem geral que se tem do processo de formação de galáxias”, diz Tumlinson.
A equipe usou as observações feitas com o COS de distantes estrelas para demonstrar que uma grande massa de nuvens está caindo através do gigantesco halo coronal da nossa Via Láctea, fornecendo assim o combustível para o contínuo processo de formação de estrelas. Essas nuvens de hidrogênio ionizado residem num raio de 20000 anos-luz do disco da Via Lácteae contêm material suficiente para gerar 100 milhões de estrelas como o Sol. Uma parte desse gás é composta de material que está sendo continuamente reposto pelo processo de formação de estrelas e pela energia proveniente das explosões de novas e supernovas, que mandam o gás quimicamente enriquecido de volta para o halo, o restante é gás que está sendo acrescido pela primeira vez. O gás que cai desses vastos reservatórios de combustível da Via Láctea tem uma massa equivalente a uma massa solar por ano, omque está de acordo com a taxa pela qual a Via láctea forma estrelas hoje me dia. Nesse ritmo a Via Láctea continuará gerando estrelas por bilhões de anos e reciclando gás dentro do seu halo e retornando-o para a galáxia. “Nós agora sabemos onde está o combustível perdido para a formação de estrelas na galáxia”, conclui Lehner. “Nós agora encontramos o seu local de nascimento”.
Um dos objetivos dos estudos foi estudar como outras galáxias como a Via Láctea acrescem massa para a geração de estrelas. Mas ao invés de ocorrer um crescimento espalhado, a equipe de pesquisadores descobriu halos próximos de gás quente ao redor de galáxias que possuem uma formação vigorosa de estrelas. Esses halos galácticos, ricos em elementos pesados, se estendem por mais de 450000 anos-luz de distância além das porções visíveis desses discos galácticos. A surpresa foi descobrir quanto massa concentrada em elementos pesados está localizada fora da galáxia. O COS mediu massas equivalentes a 10 milhões de massas solares de oxigênio no halo da galáxia, o que corresponde a uma massa de 1 bilhão de massas solares de gás, que se encontra em sua maioria em todo o meio interestelar entre as estrelas e o disco das galáxias. Eles também descobriram que esse gás é praticamente ausente nas galáxias que cessaram o processo de formação de estrelas. Isso é uma evidência de que fluxos extensos, mais do que o crescimento, determina o destino da galáxia. “Nós não sabemos como a massa foi parar nesses halos, pois nós até então não podíamos usar o COS para esse tipo de observação”, diz Tumlinson. “Esse é um imenso componente das galáxias mas nós não conseguimos ver nenhuma imagem dele”.
Ele aponta que pelo fato de grande parte da massa dos elementos pesados ter sido ejetada nos halos ao invés de ficar circulando as galáxias, a formação de planetas, vida e outras coisas que necessita, de elementos pesados poderiam ocorrer de forma atrasada nessas galáxias.
Os dados do COS também demonstraram que essas galáxias formando estrelas numa taxa muito rápida, talvez uma centena de massas solares por ano, podem dirigir gás a uma temperatura de 2 milhões de graus muito longe no espaço intergaláctico a velocidades superiores a 2 milhões de milhas por hora. Essa velocidade é alta o suficiente para fazer com que o gás escape para sempre e nunca mais reabasteça a galáxia de onde ele veio. Enquanto que a geração de ventos pela galáxia através do seu plasma quente é um processo bem conhecido por algum tempo, as novas observações feitas pelo COS revelam que fluxos quentes se estendem a distâncias muito maiores do que era previsto antes e podem carregar uma imensa quantidade de massa para fora da galáxia. Uma parte desse gás quente está se movendo mais devagar e poderia eventualmente ser reciclada. As observações feitas pelo Hubble mostram como galáxias e espirais de formação de estrelas ricas em gás Podem se desenvolver para galáxias elípticas que não tem mais o processo de formação de estrelas e seu interior. “Desse modo nós não só descobrimos que as galáxias de formação de estrelas são envolvidas por grandes halos de gás quente, nós também observamos que o gás quente está em trânsito, nós registramos coisas num processo de se mover para fora da galáxia e no espaço intergaláctico”, disse Tripp.
A luz emitida pelo plasma quente é invisível, assim os pesquisadores usaram o COS para detectar a presença do gás pelo modo como ele absorve certas cores da luz de quasares localizados num segundo plano. Considerados os objetos mais brilhantes do universo, os quasares são os núcleos brilhantes de galáxias ativas que possuem em seu interior buracos negros supermassivos de rápido crescimento. Os quasares servem como distantes faróis de luz que brilham através da névoa rica em gás do plasma quente que circula as galáxias. Nos comprimentos de onda ultravioleta, o COS é sensível à absorção de muitos elementos pesados ionizados como o nitrogênio, oxigênio e néon. A alta sensibilidade do COS permite que muitas galáxias que se apresentam na frente de quasares muito mais distantes sejam estudadas. Os elementos pesados ionizados servem como padrões para se estimar quanto massa está localizada no halo das galáxias.
“Somente com o COS nós podemos agora acessar algumas das questões mais cruciais que estão na linha de frente dos estudos de astrofísica extragaláctica”, conclui Tumlinson.
Fonte:
http://www.hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2011/37/full/
