Pergunte ao Ethan nº 111: As Galáxias Morrem?
Crédito da imagem: ESO/S. Guisard.
Até mesmo a casa cósmica onde nosso Sistema Solar reside um dia encontrará seu fim. Mas como?
A menos que se diga adeus ao que se ama, e a menos que viaje para territórios completamente novos, pode-se esperar apenas um longo desgaste de si mesmo e uma eventual extinção. – Jean Dubuffet
Havia tantos bons perguntas e sugestões esta semana para nossa coluna Pergunte ao Ethan que Eu tive que pedir ajuda para decidir . Depois de muito coçar a cabeça, decidi seguir com a submissão de John Little, que nos obriga a ir longe no futuro:
As galáxias morrem? Se o fizerem, então como eles se parecem?
Podemos começar olhando para perto de casa, para nossa própria Via Láctea e seus arredores.
Crédito da imagem: André Z. Colvin , via Wikimedia Commons.
Enquanto tendemos a pensar no grupo local – nosso bairro cósmico – como sendo composto por nós mesmos, Andrômeda (nossa irmã mais velha) e um bando de ninguém, é hora de reconhecermos o resto do que está ao nosso redor. Em particular:
Crédito da imagem: Robert Gendler , Telescópio Subaru ( NAOJ ).
#3: a galáxia Triangulum . Com cerca de 5% da massa da Via Láctea, esta é a terceira maior galáxia do grupo local. Tem uma estrutura em espiral, seus próprios satélites e pode ser um satélite da galáxia de Andrômeda.
Crédito da imagem: Jesus Pelaez Aguado .
#4: a Grande Nuvem de Magalhães . Esta galáxia tem apenas 1% da massa da Via Láctea, mas é a quarta maior do grupo local. Está muito perto da nossa Via Láctea - a menos de 200.000 anos-luz de distância - e está passando por uma explosão de formação de estrelas, pois as interações de maré da nossa galáxia estão causando o colapso do gás, dando origem a algumas das estrelas mais novas, mais quentes e maiores do Universo .
Crédito das imagens: ESA/NASA e DSS2 (L); NASA / Galex (meio); ESA/Hubble e NASA (R).
#5–7: a Pequena Nuvem de Magalhães, NGC 3190 e NGC 6822 . Todas entre 0,1% e 0,6% da massa da Via Láctea (é incerto qual é a maior), essas três são galáxias substanciais por si só, com mais de um bilhão de massas solares de material em cada uma.
Crédito da imagem: canal de Nastebni , ainda do vídeo em https://www.youtube.com/watch?v=k99VdKmAVJU .
#8 e 9: Galáxias elípticas M32 e M110 . Estes podem ser apenas satélites de Andrômeda, mas essas elípticas têm mais de um bilhão de estrelas dentro de cada uma, e ainda podem ser mais massivas do que algumas das galáxias numeradas 5, 6 e 7 acima.
E além disso, existem pelo menos 45 outras galáxias conhecidas – galáxias menores – que compõem nosso grupo local.
Apesar de seus números absolutos, suas massas e suas magnitudes, nenhum deles existirá do jeito que está agora, daqui a alguns bilhões de anos.
Crédito da imagem: A. Gai-Yam / Weizmann Inst. da Ciência / ESA / NASA.
Com o passar do tempo, as galáxias interagem gravitacionalmente. Isso não apenas os une pela atração gravitacional que você imagina normalmente, mas também há interações de maré. Normalmente pensamos nas marés como algo que a Lua cria puxando os oceanos da Terra, causando uma protuberância em uma direção que nos dá maré alta quando a Terra gira através da protuberância e maré baixa quando giramos através da calha, o que é verdade.
Mas do ponto de vista de uma galáxia, as marés são um pouco mais sutis. A porção de uma pequena galáxia que está mais próxima de uma maior será atraída com uma força gravitacional maior, enquanto a porção mais distante experimentará uma força de atração menor. Como resultado, as pequenas galáxias são esticadas e, eventualmente, dilaceradas por suas interações com as maiores.
Crédito da ilustração: Katherine Johnston, por https://www.ing.iac.es/PR/newsletter/news5/science1.html .
As pequenas galáxias que fazem parte do nosso grupo local, incluindo as nuvens de Magalhães e todas as anãs elípticas, serão dilaceradas exatamente dessa maneira, e sua matéria será incorporada às galáxias maiores com as quais se fundem.
Então, o que você diz. Isso não é uma morte verdadeira, porque as grandes galáxias semelhantes à Via Láctea ainda sobrevivem. Mas mesmo nós não viveremos para sempre em nosso estado atual. Cerca de 4 bilhões de anos no futuro, a atração gravitacional mútua da Via Láctea e Andrômeda nos levará a uma dança gravitacional um com o outro, levando a uma grande fusão. Embora todo o processo leve bilhões de anos para ser concluído, a estrutura espiral de Ambas galáxias serão destruídas, resultando na criação de uma única galáxia elíptica gigante no núcleo do nosso grupo local: Milkdromeda .
Eventualmente, as outras galáxias dentro do nosso grupo local também serão sugadas, deixando apenas uma única galáxia gigante composta pelos restos canibalizados de todas as outras. Esse processo acontecerá, eventualmente, em todos os grupos e aglomerados de galáxias ligados em todo o Universo, enquanto a energia escura afasta todos os grupos e aglomerados individuais uns dos outros.
Mas, novamente, isso não é um verdadeiro morte, porque ainda há uma galáxia presente. Pelo menos, por enquanto, essa é a verdade. Mas a galáxia é composta de estrelas, gás e poeira, e há uma quantidade finita de todos eles.
Crédito da imagem: NASA, ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Embora as fusões levem dezenas de bilhões de anos para serem concluídas, e a energia escura os separe e atravesse o Universo em direção à invisibilidade e inacessibilidade em escalas de tempo de centenas de bilhões de anos, as estrelas continuarão vivas. As estrelas de vida mais longa que existem hoje continuarão a queimar seu combustível por mais de dez trilhões de anos, e do gás, poeira e cadáveres estelares espalhados por cada galáxia, novas estrelas nascerão - embora em números cada vez menores e com menos frequência - durante todo esse tempo.
Crédito da imagem: a pequena região de formação de estrelas NGC 346, de A. Nota (ESA/ STScI ) e outros, ESTA , NASA .
Mesmo quando a última estrela queimar, os remanescentes estelares – anãs brancas e estrelas de nêutrons – continuarão a brilhar por centenas de trilhões ou mesmo quatrilhões de anos antes de escurecer. Quando essa inevitabilidade acontecer, ainda teremos anãs marrons, ou fracassado estrelas, fundindo-se ocasionalmente, reacendendo a fusão nuclear e criando luz estelar por dezenas de trilhões de anos de cada vez.
Crédito da imagem: NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF. Estas são as duas anãs marrons que compõem Luhman 16, e elas acabarão se fundindo para criar uma estrela.
Quando essa última estrela queimar, no entanto, dezenas de quatrilhões de anos (alguns ~ 10 ^ 16 deles) no futuro, a massa na galáxia ainda estará presente. Mesmo isso não pode ser considerado uma morte verdadeira em alguns sentidos.
Crédito da imagem: J. Walsh e Z. Levay, ESA/NASA.
Mesmo sem luz, a própria galáxia não durará para sempre! Todas essas massas estão interagindo gravitacionalmente umas com as outras, e objetos gravitacionais de massas diferentes têm uma propriedade estranha quando interagem:
- Os passes repetidos e os encontros imediatos causam trocas de velocidade e momento entre eles.
- Os objetos de menor massa ficam expulso da galáxia, enquanto os objetos de maior massa afundam em direção ao centro, perdendo velocidade em um processo conhecido como relaxamento violento.
- Em escalas de tempo suficientemente longas (~10^19 a 10^20 anos), a maior parte da massa da galáxia terá sido ejetada, com apenas uma pequena porcentagem das massas restantes mais firmemente ligadas.
Crédito da imagem: ESA (Imagem de C. Carreau).
No centro deste remanescente galáctico estará o buraco negro supermassivo no centro de cada um. Isso, é claro, será a última e última coisa a ser eliminada: ele ficará o maior possível ao comer tantos objetos quanto puder colocar as mãos. No centro de Milkdromeda, provavelmente encontraremos um objeto cem milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol hoje; grupos e aglomerados maiores podem ter buracos negros com mais de dez bilhões de massas solares ou até mais!
No entanto, mesmo estes não viverão para sempre.
Crédito da imagem: Comunicar Ciência da UE, via http://www.communicatescience.eu/2010/11/black-hole-radiation-simulated-in-lab.html .
Graças ao fenômeno da radiação Hawking, mesmo esses objetos se decompõem. Levará algo entre 10^80 e 10^100 anos, dependendo da massa do nosso buraco negro supermassivo, mas mesmo isso também desaparecerá.
Não importa como você defina uma galáxia ou seus remanescentes, todos eles certamente morrerão. Quanto a quando e como, a resposta exata depende de você!
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