Nossa melhor teoria atual sobre como as galáxias se formam envolve gravidade, matéria escura e fusões

Esta imagem do Hubble mostra duas galáxias, NGC4038 e 4039, em processo de fusão. Crédito da imagem: NASA, ESA e Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Agradecimentos: B. Whitmore (Space Telescope Science Institute) e James Long (ESA/Hubble)

TEORIAS DE COMO AS GALÁXIAS SE FORMAM

À medida que o universo se expandia em tamanho após o Big Bang, toda a matéria nele se espalhava cada vez mais de forma tênue. Ao mesmo tempo, havia um efeito concorrente, a força da gravidade, que estava puxando essa matéria geralmente difusa para aglomerados mais densos. Alguns dos aglomerados eram apenas arranjos transitórios que eventualmente se dissiparam, mas em outros casos a gravidade do aglomerado era forte o suficiente para atrair mais matéria e permitir que ela crescesse.

À medida que a massa do aglomerado aumentava, também aumentava sua atração gravitacional, fazendo com que ele colapsasse para um tamanho menor e uma densidade mais alta. Desta forma, as primeiras proto-galáxias foram capazes de se formar nas primeiras centenas de milhares de anos de existência do universo, de acordo com o Goddard Space Flight Center da NASA.

Isso é praticamente concordado por todos os astrônomos. O que é menos certo é como essas primeiras proto-galáxias se relacionam com as galáxias maduras que vemos hoje. Essencialmente, existem duas teorias concorrentes, chamadas "top-down" e "bottom-up". A teoria de cima para baixo, datada de 1962, veio primeiro. De acordo com isso, os primeiros aglomerados a colapsar tomaram a forma de gigantescas nuvens de gás que eram comparáveis em massa total às galáxias atuais.

À medida que o gás entrou em colapso e sua densidade aumentou, algumas estrelas se formaram muito cedo, antes que o gás se estabilizasse em um disco giratório. Essas estrelas iniciais formam o componente "elíptico" ou bojo de uma galáxia, enquanto as estrelas posteriores se formaram dentro do componente do disco muito mais fino.

A teoria bottom-up, também conhecida como modelo de "agrupamento hierárquico", é mais recente e geralmente considerada uma melhor combinação com as evidências observacionais atuais. Ela introduz dois novos fatores que não desempenharam um papel importante no modelo top-down: matéria escura e fusões galácticas. 

Sabemos que a matéria escura deve existir nas galáxias por causa de seu efeito em suas taxas de rotação, e parece provável que tenha desempenhado um papel fundamental na formação original das galáxias. Mas a teoria bottom-up, ao contrário da teoria top-down, não assume que as proto-galáxias originais devem ter o mesmo tamanho que as atuais. Em vez disso, considera que elas eram muito menores, e só mais tarde eles cresceram até o tamanho atual por meio de repetidas fusões.

EVOLUÇÃO DA GALÁXIA

Os astrônomos estão bastante confiantes de que as fusões desempenharam algum tipo de papel na formação das galáxias que vemos hoje. Uma razão é que telescópios poderosos como o Hubble revelaram numerosos exemplos de fusões galácticas que ainda ocorrem hoje. 

Além disso, as galáxias mais distantes que, devido à velocidade finita em que a luz viaja, são vistas como eram bilhões de anos atrás, parecem nitidamente menores e menos bem estruturadas do que as próximas, de acordo com o site da NASA JWST. Isso parece uma indicação clara de que as galáxias devem ter evoluído no tempo entre sua formação original e hoje.

DIFERENTES TIPOS DE GALÁXIA

Elíptica:

Cerca de um terço das galáxias têm muito pouco gás ou poeira e nenhuma região de formação estelar ativa. A maior delas, as elípticas gigantes, pode ter até 300.000 anos-luz de diâmetro, enquanto as elípticas anãs medem apenas alguns milhares de anos-luz.

Espiral:

Estas são as galáxias mais distintas, consistindo em um disco fino de gás, poeira e estrelas que exibe um padrão espiral muitas vezes espetacular. A maioria das galáxias espirais também tem uma pequena protuberância no centro semelhante a uma galáxia elíptica e possivelmente uma barra central.

Impressão artística de nossa própria galáxia a Via Láctea, mostrando sua barra central distinta. Crédito da imagem: Nick Risinger

Irregular:

Esta é a categoria "todas as outras" nem uma elipse suave e sem traços, nem uma espiral regular e simétrica. Galáxias de aparência irregular tornam-se muito mais comuns em distâncias maiores, em outras palavras, mais cedo na vida do universo. É provável que, com o tempo, elas se fundam em espirais ou elípticas.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Descubra como os telescópios são capazes de estudar galáxias ao longo do tempo neste vídeo da NASA. 
• Além disso, você pode ler mais sobre a formação e evolução das galáxias no site do Museu Americano de História Natural. 

BIBLIOGRAFIA

• "D. Formação de Galáxias". NASA Goddard Space Flight Center (2015).
• "A formação da Via Láctea: Dois modelos opostos". Futurism (2014). 
• "A Reunião de Galáxias". NASA Goddard Space Flight Center (2018).
• "Galáxias ao longo do tempo". NASA, Telescópio Espacial James Webb, Goddard Space Flight Center (2022). 
• "Galáxias. Os blocos de construção do universo". Hubblesite, NASA (2022).

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Referência:

MAY, Andrew. How galaxies form: Theories, variants and growth. Space, Nova York, 13, jul. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/how-galaxies-form>. Acesso em: 14, jul. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.