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Estas galáxias não podem formar novas estrelas e os astrônomos não sabem por quê

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Algumas das galáxias mais antigas e massivas do universo perderam, misteriosamente, a capacidade de produzir novas estrelas e se tornaram “apagadas”. Astrônomos as encontraram em um novo estudo e cogitaram que isso ocorreu devido a algum processo desconhecido que interrompeu a produção estelar, mas logo descobriram algo espantoso: as galáxias, na verdade, nunca tiveram gás o suficiente para novas estrelas.

Foi através do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e do telescópio espacial Hubble que os autores da pesquisa descobriram meia dúzia de galáxias massivas primitivas que ficaram sem “combustível”. Elas não são as únicas galáxias consideradas apagadas, mas, considerando suas idades, a ausência de gás frio não é exatamente o que os cientistas esperavam observar.

Para analisar galáxias tão distantes e apagadas, os astrônomos usaram um recurso que o próprio universo fornece, as lentes gravitacionais — distorções no espaço-tempo causadas pela gravidade de galáxias muito mais próximas, posicionadas precisamente entre a Terra e o alvo mais afastado. Com essas lentes, a luz dos objetos distantes é “obrigada” a seguir o caminho da distorção, resultando na ampliação da fonte. Nesse caso, as fontes eram as seis galáxias descritas no estudo.

(Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)
(Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)

De acordo com Kate Whitaker, principal autora do estudo e professora assistente de astronomia na Universidade de Massachusetts, os cientistas deduziam “que essas galáxias extintas pisaram no freio alguns bilhões de anos após o Big Bang”. Entretanto, a observação mais cautelosa os levou a concluir “que as primeiras galáxias não pisaram realmente no freio, mas, ao contrário, estavam funcionando no vazio”.

Essa conclusão é totalmente inesperada, porque as galáxias mais antigas, formadas nos três primeiros bilhões de anos após o Big Bang, deveriam ser ricas em gás frio, matéria prima das estrelas. Era justamente esse o mistério — como galáxias ricas em gás frio cessaram a produção estelar? Pois bem, elas não eram tão ricas assim, de acordo com o novo artigo, publicado na Nature.

Para entender melhor como essas galáxias se formaram e morreram, a equipe fez observações simultâneas com o ALMA e o Hubble, como parte de um projeto chamado REQUIEM (sigla para REsolving QUIEscent Magnified galaxies), cujo foco é usar lentes gravitacionais para observar galáxias que, de outro modo, não seriam encontradas. Os autores então analisaram a luz de comprimentos de onda milimétricos para medir a quantidade de gás nas galáxias e descobriram que ele se esgotou.

(Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)
(Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)

Estrelas se formam em nuvens moleculares feitas, na maior parte, de hidrogênio e hélio, os elementos mais abundantes no universo. Quando as mais massivas explodem em supernova, as turbulências resultantes empurram essas nuvens e, com isso, elas se tornam mais densas. Cada vez mais comprimido, esse gás frio acaba colapsando sob seu próprio peso e, assim, nasce uma estrela. Nesse ciclo que se repete ao longo dos milhões de anos, as novas estrelas também incorporam o gás e a poeira liberados pelas supernovas — uma espécie de reciclagem cósmica.

Assim, é natural que as galáxias sempre tenham alguma quantidade considerável de gás frio, mas este não é o caso das seis galáxias observadas neste estudo. Elas tiveram seus reservatórios de gás esvaziados, e ainda não se sabe o motivo. “Não entendemos por que isso acontece, mas as possíveis explicações podem ser que o suprimento de gás primário que abastece a galáxia foi cortado ou talvez um buraco negro supermassivo esteja injetando energia que mantém o gás na galáxia quente”, disse Christina C. Williams, coautora do estudo.

Isso significa que as galáxias não podem reabastecer o “tanque de combustível”, nas palavras de Williams, e, portanto, não podem reiniciar os processos da produção de estrelas. “O mero fato de que essas feras massivas do cosmos formaram 100 bilhões de estrelas em cerca de um bilhão de anos e, de repente, encerraram sua formação estelar é um mistério que todos adoraríamos resolver”, disse Whitaker. Em outras palavras, para onde foi o gás frio formador de estrelas?

As seis galáxias observadas através de lentes gravitacionais (Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)
As seis galáxias observadas através de lentes gravitacionais (Imagem: Reprodução/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/S. Dagnello/NRAO/STScI/K. Whitaker)

Para encontrar a resposta para essas perguntas incômodas — ou estimulantes, dependendo do ponto de vista —, serão necessários novos estudos. Mas a pesquisa do REQUIEM já trouxe avanços importantes para o estudo de galáxias através de lentes gravitacionais. Aliás, essa foi a primeira vez que cientistas conseguiram fazer medições de material frio de galáxias apagadas distantes fora do universo local.

O artigo foi publicado na Nature no final de setembro, com uma cópia de pré-impressão disponível para leitura no Research Square.

Fonte: Canaltech

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