Galáxias – coleções massivas de gás, poeira e bilhões de estrelas e seus sistemas solares – são um componente fundamental de nosso Universo. Compreender como elas se formaram e evoluíram ao longo das eras cósmicas continua sendo um dos maiores desafios da astronomia moderna.
Existem algumas razões para isso. Primeiro, o número de galáxias: os astrônomos estimaram que existem cerca de 200 bilhões de galáxias em nosso Universo. Em segundo lugar, o tamanho e a idade dessas galáxias. Suas idades variam de 100 milhões a 10 bilhões de anos e o tamanho varia de aproximadamente 3.000 a 300.000 anos-luz. Um ano-luz equivale a 9,46 x 10¹² km – claramente, portanto, as galáxias são enormes e antigas.
No entanto, as galáxias não são totalmente misteriosas. A tecnologia está permitindo aos astrônomos estudá-las e analisá-las com muito mais detalhes do que era possível anteriormente. Nosso novo estudo usou observações do poderoso conjunto de radiotelescópios MeerKAT, localizado na África do Sul, para analisar mais de 2.000 galáxias. O MeerKAT é o radiotelescópio mais sensível do hemisfério sul até que o Square Kilometer Array (SKA, que será o maior radiotelescópio do mundo) seja concluído.
Nossas descobertas sugerem que, dentro das galáxias que analisamos, seu curso de evolução é provavelmente acompanhado por elétrons de raios cósmicos perdendo energia com o tempo. A energia não desaparece – e não pode – simplesmente desaparecer. Em vez disso, conforme os elétrons diminuem a velocidade, sua energia é convertida na das emissões eletromagnéticas. Essas emissões, depois de escapar dos confins da galáxia e atravessar as distâncias cósmicas, estão entre os sinais reveladores captados pelo MeerKAT.
Essas descobertas nos ajudam a entender melhor a natureza dessas galáxias e, além disso, a formação e evolução das galáxias em geral – incluindo nossa galáxia natal, a Via Láctea, que pode estar passando por um processo semelhante no momento. Este não é um processo com o qual se preocupar; é apenas algo que os cientistas querem entender melhor.
Nosso estudo foi o que chamamos de análise estatística. Diferentes fenômenos astrofísicos criam ondas eletromagnéticas em diferentes comprimentos de onda, incluindo rádio, luz visível, infravermelho, ultravioleta e raios-x. Portanto, é importante ser capaz de combinar diferentes observações em uma ampla gama de espectros. Isso é o que uma análise estatística permite.
Selecionamos 2.094 galáxias que são ativas na formação de estrelas, o que significa que são enérgicas e jovens – em escalas de tempo cósmicas. Esta é uma amostra ideal para estudar a maneira como as galáxias crescem e as principais características que afetam sua formação e evolução.
As distâncias a essas galáxias são tão grandes que a luz, o mensageiro mais rápido do Universo, leva cerca de 1 a 11 bilhões de anos para chegar delas. Portanto, as galáxias que observamos agora refletem como costumavam ser cerca de 1 a 11 bilhões de anos atrás; eles estão em diferentes estágios evolutivos.
Em seguida, estudamos as propriedades físicas fundamentais dessas galáxias distantes, combinando as novas observações do MeerKAT e os dados observacionais existentes de outros telescópios. Os dados do MeerKAT foram coletados ao longo de quase 20 horas como parte do projeto MeerKAT International GHz Tiered Extragalactic Exploration ( MIGHTEE ). Este visa observar o espaço extragaláctico profundo para explorar a evolução cósmica das galáxias. É um dos grandes projetos de pesquisa do MeerKAT priorizados pelo Observatório Sul-Africano de Radioastronomia .
Ao combinar a emissão de luz no visível, infravermelho e rádio dessas 2.094 galáxias selecionadas, o estudo mediu quão massivas, quão ativas e quão brilhantes elas parecem ser em diferentes frequências de rádio, bem como algumas outras propriedades físicas fundamentais . Em seguida, conectamos as intensidades de emissão de rádio com as propriedades físicas medidas dessas galáxias.
A diferença entre as emissões de rádio em diferentes frequências de rádio foi correlacionada com a massa das galáxias. Em média, as galáxias mais massivas mostram a maior diferença de intensidade de emissão de rádio em diferentes frequências de rádio. Em média, descobrimos que quanto maior a massa de uma galáxia, maior tende a ser essa diferença.
Uma análise quantitativa posterior mostra que esta tendência estatística é consistente com a emissão de rádio dos elétrons dos raios cósmicos que estão gradualmente diminuindo – um processo que acompanha essas galáxias em diferentes estágios de evolução.
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