Universos-ilhas e seus formatos: o que sabemos sobre galáxias?

Em nosso endereço cósmico, estamos no terceiro planeta, de uma estrela anã amarela, localizada a 27 mil anos-luz do centro de uma galáxia chamada Via Láctea. A Via Láctea, por sua vez, está em um grupo com mais de 50 galáxias chamado Grupo Local, onde também temos a Galáxia de Andrômeda. Por fim, o Grupo Local está em processo de fusão com o Superaglomerado de galáxias de Virgem.

Desde 1925 entendemos que galáxias são como “universos-ilha” e que a Via Láctea, nossa casa, é só mais uma entre muitas. Quase 100 anos depois, nosso conhecimento sobre esses objetos já é muito mais avançado. Galáxias são extremamente complexas! Elas são compostas de estrelas, gás, poeira, matéria escura e, acima de uma massa mínima, sabemos que elas têm um buraco negro supermassivo no seu centro. Aliás, a própria Via Láctea tem um buraco negro supermassivo no seu centro!

M31, também conhecida como Galáxia de Andrômeda. É uma das galáxias do Grupo Local e está em rota de colisão com a Via LácteaFonte:  APOD 

A Via Láctea

Começando de dentro para fora, nós estamos em uma galáxia chamada Via Láctea. Em um céu escuro conseguimos ver uma faixa esbranquiçada no céu. Essa faixa é como vemos nossa galáxia hospedeira estando dentro dela.

Nós não temos nenhuma foto da Via Láctea de fora, pois nunca fomos longe o bastante para isso. Imagine que para fotografar a sua casa, você precisa primeiro sair dela, certo? Mas nós temos modelos e outras galáxias para comparar com a nossa. Então hoje sabemos razoavelmente bem qual a estrutura da Via Láctea: uma galáxia com braços espirais e uma barra. E esse formato de galáxia, na verdade, é bem comum.

Modelo da Via Láctea vista de fora.Fonte:  NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech) 

Além disso, a Via Láctea possui várias galáxias satélites menores, ou seja, galáxias que estão ligadas à Via Láctea gravitacionalmente, como as Nuvens de Magalhães. Estudos mostram que nossa Galáxia já passou pelo processo de fundir com outras galáxias menores algumas vezes, o que é bem comum no Universo.

O zoológico de galáxias

Desde a descoberta desses objetos, astrônomos perceberam que algumas estruturas são razoavelmente comuns. Hubble em 1926 criou um esquema de classificação que é amplamente utilizado até hoje: podemos separar a morfologia das galáxias em dois grupos principais: elípticas e espirais.

• Formas das galáxias registram a história do próprio Universo

Elípticas são galáxias arredondadas e não aparentam ter estruturas extremamente complexas. Espirais, por outro lado, são galáxias achatadas, como uma pizza, e apresentam estruturas como braços espirais. Com o avanço da tecnologia, conseguimos perceber que as estruturas são mais complexas. Por exemplo, galáxias espirais podem ter a presença de uma barra, que é uma estrutura alongada.

Esquema de classificação de galáxias de acordo com morfologia, utilizando exemplos reais.Fonte:  ESO Supernova 

Por que é interessante saber a estrutura das galáxias? Essas estruturas indicam a história de evolução desses objetos! Quando galáxias interagem, é esperado que sua estrutura seja afetada e seja possível ver distorções. Coincidência ou não, a morfologia das galáxias também se relaciona com a capacidade delas de formar estrelas novas ou não.

Podemos pensar em galáxias como grandes fábricas de estrelas, onde a matéria-prima é o gás. Hoje vemos que existe uma relação: galáxias elípticas não formam mais estrelas, enquanto galáxias espirais sim! Então, os processos que afetam a morfologia das galáxias devem ser também responsáveis por afetar a sua capacidade de formar estrelas!

Hoje sabemos, por exemplo, que a fusão de duas galáxias espirais pode resultar em uma galáxia elíptica, como mostra o vídeo da simulação abaixo!

Nosso buraco negro supermassivo central: Sagittarius A*

Bem no centro da nossa galáxia sabemos que temos um buraco negro supermassivo. O que não é uma surpresa, já que galáxias acima de uma determinada massa os têm. Apesar de ser supermassivo, o buraco negro não afeta a dinâmica da galáxia como um todo, ou seja, estamos orbitando o centro da galáxia? Sim. Estamos orbitando o buraco negro supermassivo? Não.

Enquanto Sgt A* tem uma massa de aproximadamente 4 milhões de massas solares, a Via Láctea tem massa total 1 milhão de vezes maior que essa. Então a dinâmica de nenhuma galáxia é ordenada pelo buraco negro central e sim pela junção de todas as massas presentes nela.

Então, como conseguimos detectar a presença desse monstrinho? Aqui na nossa Galáxia, e em galáxias próximas, conseguimos ver o movimento de objetos ao redor do buraco negro. Motivo do Prêmio Nobel do ano passado, observações de mais 12 anos rastrearam o movimento de estrelas bem no centro da Via Láctea.

Esses movimentos, segundo as leis da física, indicavam que as estrelas estavam orbitando um objeto extremamente massivo, compacto e invisível, ou seja, um buraco negro supermassivo, já teorizado. Além disso, em 2019 tivemos a primeira foto de um buraco negro, dessa vez em outra galáxia: a M87. A foto é um marco do avanço do conhecimento humano!

Primeira imagem de um buraco negro.Fonte:  ESO