• Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan #62: A Maior Galáxia Espiral

Crédito da imagem: Dark Energy Survey Collaboration (DES).

Existem galáxias monstruosas no Universo milhares de vezes o tamanho da nossa. Mas nenhum deles são espirais como nós!

Às vezes, eu sento sozinho sob as estrelas
e pensar nas galáxias dentro do meu
coração, e realmente me pergunto se alguém vai
sempre quis dar sentido a tudo isso
Eu sou. – Testes McTesterson

Quando você olha para o céu noturno de um local escuro, com certeza, você pode ver estrelas, planetas e até mesmo aglomerados e nebulosas fracos a olho nu. Mas se você realmente tem céu escuro e nenhuma Lua cobrindo o céu, há um espetáculo que deve dominar todos os outros em escala e escopo: a grandiosa Via Láctea!

Crédito da imagem: Alan Dyer, 2012, via http://amazingsky.net/2012/09/11/milky-way-amid-the-trees/ .

Este é o plano da nossa galáxia, visto de lado do nosso ponto de vista dentro dela. E os seus imenso , contendo centenas de bilhões de estrelas em um intervalo de 100.000 anos-luz de diâmetro. Mas e as galáxias muito maiores que as nossas? Certamente eram não tão notável, não é? Esse é o assunto a pergunta Ask Ethan desta semana , que é cortesia de Doug Watts:

Por que algumas galáxias não são realmente muito grandes? Existe alguma restrição que confina uma espiral a “aproximadamente” o tamanho da Via Láctea ou Andrômeda em vez de 1.000 ou 10.000 vezes maior?

Como se vê, a Via Láctea não é a maior espiral lá fora, nem de longe. E nem Andrômeda, a maior galáxia por tamanho angular em nosso céu.

Crédito da imagem: Adam Evans; write_adam do flickr, via https://www.flickr.com/photos/8269775@N05 .

Claro, a razão pela qual Andrômeda parece tão grande em nossos céus é por causa de uma combinação de dois fatores:

1. Na verdade é grande! Com sobre um trilhão de estrelas nele, ou cerca de três a cinco vezes mais do que temos, e mais de Duplo diâmetro da nossa galáxia, chegando a cerca de 220.000 anos-luz de diâmetro, é a maior galáxia do nosso grupo local.
2. E os seus Fechar para nós! A apenas 2,54 milhões de anos-luz de distância, é de longe a grande galáxia mais próxima de nós.

Isso faz sentido; chama-se o grupo local por uma razão: porque tudo nele está gravitacionalmente ligado a nós! Em mais alguns bilhões de anos, Andrômeda, a Via Láctea, a Galáxia do Triângulo e todas as outras pequenas galáxias do nosso grupo se fundirão, criando uma galáxia gigante solitária.

E acredite ou não, o tipo de galáxia que ele criará contém uma pista para responder à pergunta de Doug.

Você vê, o que acabamos não será uma espiral ainda maior e mais impressionante do que a nossa, mas sim uma gigante elíptico galáxia! Antes de entrarmos nas razões pelas quais nos tornaremos uma elíptica em vez de uma espiral, vamos lembrar que estamos fazendo ciência aqui, e que olhar para um ou dois exemplos isolados não será suficiente. Se quisermos saber com precisão o que acontece no Universo, precisamos olhar para o conjunto completo do que podemos ver e tirar nossas conclusões a partir disso.

Então, se olharmos para as galáxias do nosso Universo – e selecionarmos preferencialmente as maiores – o que encontramos?

Crédito da imagem: Observatório Gemini / AURA / Sydney Girls High School Astronomy Club / T. Rector / A. R. Lopez-Sanchez (AAO) / Australian Gemini Office.

Aqui está um exemplo divertido: há algumas galáxias nesta imagem, e 1 deles é bastante comparável à Via Láctea. Essa seria a espiral à direita da imagem: IC 4970, aquela que está interagindo gravitacionalmente com seu gigante vizinho.

Mas a galáxia gigante que estamos vendo, aquela com os dois braços enormes e distendidos, na verdade se estende até mais do que podemos ver nesta imagem. Graças à luz ultravioleta como visto pela nave espacial GALEX da NASA , agora sabemos que esta galáxia é a maior (em termos de tamanho físico) galáxia espiral descoberta até agora no Universo.

Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA / ESO / JPL-Caltech / DSS.

Esta é a galáxia NGC 6872, que, em 522.000 anos-luz transversalmente, é a maior espiral conhecida no Universo. Agora, lá posso existem espirais maiores lá fora, e só identificamos esta porque está a pouco mais de 200 milhões de anos-luz de distância. Ainda assim, é significativamente mais massivo do que a Via Láctea ou Andrômeda (ou as duas galáxias combinadas), é muito maior em termos de tamanho físico e, até onde podemos dizer, é muito improvável que uma espiral atinja muito maior do que isso.

Mas há bastante de galáxias que superam esta: todas elas são galáxias elípticas!

Crédito da imagem: NASA / Hubble, ferramenta de instantâneos Wikisky, via usuário do Wikimedia Commons Friendlystar.

Mesmo se olharmos apenas para o Aglomerado de Virgem, o grande aglomerado de galáxias mais próximo de nós, descobrimos que sua maior galáxia é Messier 87 , que é sobre um milhão anos-luz de diâmetro em sua maior extensão e contém – espere – muitos trilhões de estrelas e até duzentas vezes a massa da nossa galáxia no total!

Em outras palavras, isso um pouco comum tipo de galáxia - uma grande elíptica comum - supera completamente a maior espiral conhecida. E se olharmos para elípticas ainda maiores, as coisas só pioram em comparação!

Crédito da imagem: David A. Aguilar (CfA).

A galáxia acima é IC 1101 , a maior galáxia identificada no Universo, até agora. A 1,07 bilhão de anos-luz de distância, contém cerca de 100 trilhões de estrelas , ou quase mil vezes mais do que a Via Láctea, com uma massa total de um quatrilhão (10^15) massas solares e uma estimativa de tamanho de 5 a 6 milhões de anos-luz através.

Em comparação com a maior espiral conhecida, a maior elíptica conhecida contém:

• quase 100 vezes mais estrelas,
• aproximadamente algumas centenas de vezes a massa total, e
• é cerca de 10 vezes o tamanho físico em cada uma de suas maiores direções.

Então, o que Doug observa é verdade!

Crédito da imagem: ESO e Digitized Sky Survey 2. Agradecimentos: Davide De Martin. Através da http://www.eso.org/public/images/eso0949m/ .

Existem muitas galáxias no Universo – normalmente nos centros de aglomerados gigantes – que têm literalmente muitas centenas a milhares de vezes a massa da nossa Via Láctea, mas Nenhum deles são espirais! Por exemplo, a espiral grande e brilhante no canto inferior direito da imagem do aglomerado Fornax, acima, pode ser quase o mesmo físico Tamanho como a galáxia mais massiva no canto superior esquerdo, mas não é nem a massa de Andrômeda, enquanto a elíptica gigante é muitas vezes a massa total de Andrômeda.

Então, por que as espirais, por assim dizer, cagam acima de um certo tamanho? Para entender isso, vamos assistir a uma simulação de como uma galáxia espiral se forma, enquanto descrevo os passos que ela dá para você.

1. No início do Universo, logo após o Big Bang, as pequenas regiões que nascem com um pouco mais de matéria e energia do que outras começam a atrair preferencialmente matéria, através da força gravitacional, para elas.
2. Eventualmente, matéria suficiente é atraída para que esses aglomerados de gás entrem em colapso, levando à formação de estrelas e formando aglomerados de estrelas.
3. Esses clusters fazem parte de uma estrutura maior - um assimétrico estrutura - que colapsa na direção mais curta primeiro para formar um disco.
4. Este disco acumula mais e mais matéria, coletando todos os aglomerados em sua vizinhança, e desenvolve uma estrutura em espiral devido às ondas de densidade.
5. E com o tempo, os aglomerados de pequeno a médio porte que se fundem com ele são canalizados para o núcleo galáctico, mantendo uma estrutura espiral.

Esse é o fim desta simulação e o fim desta parte da história. Isso é muito provável que tenha acontecido com nossa Via Láctea, Andrômeda e praticamente todas as outras espirais que vemos. Uma grande nuvem de gás desmoronou gravitacionalmente, fez uma panqueca e girou. As ondas de densidade devido a instabilidades no disco criaram o padrão espiral, e permaneceu uma espiral porque não houve catastrófico mesmo que destruiu aquela estrutura.

Mas o próprio processo que faria com que uma galáxia maior surgisse - fundindo-se com uma ou mais de outros grandes galáxias - é o próprio processo que destruiria a estrutura espiral que estamos procurando!

Crédito da imagem: NASA, ESA, Equipe do Patrimônio Hubble (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration e A. Evans (Universidade da Virgínia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University), K. Noll (STScI) e J. Westphal (Caltech).

Isso é praticamente universalmente o que vemos: isolado galáxias que nunca passaram por uma grande e grande fusão são espirais relativamente imperturbáveis. Galáxias em andamento no momento são tremendamente interrompidas com grandes quantidades de formação estelar ativa, e galáxias que vemos saindo de uma recente passam por um processo de se estabelecer em um estado elíptico final quando a fase de explosão de estrelas termina.

Crédito da imagem: Mark Whittle, via https://www.astro.virginia.edu/class/whittle/astr553/Topic12/Lecture_12.html .

Se quiséssemos que duas grandes galáxias se fundissem e permanecessem em espiral, elas precisariam de um terrivelmente fortuito (ou seja, um muito estatisticamente improvável ) configuração inicial de como eles foram orientados e girando em relação um ao outro. Quanto mais fusões conseguirmos e, em particular, quanto mais principal fusões que obtivermos, maior a probabilidade de destruirmos essa estrutura espiral e acabarmos com uma elíptica.

Existem até algumas galáxias que parecem ser híbridas de espirais e elípticas, e acredita-se que elas surgem quando você tem o que eu considero uma semi-fusão maior, onde uma grande galáxia se funde com uma ainda significativa-mas- galáxia menor para criar uma parcial estrutura elíptica, mas a espiral original permanece intacta.

Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/SAO; Óptica: Rolf Olsen; Infravermelho: NASA/JPL-Caltech.

E é por isso que a maior galáxia espiral do Universo não é tão grande, afinal, e que as galáxias maiores passam por fusões, as mais provável eles devem se tornar elípticos gigantes em vez de de espirais! Obrigado por uma ótima pergunta, Doug, e espero que esta resposta satisfaça sua curiosidade e ensine por que quanto maior uma galáxia se torna, menor a probabilidade de permanecer em espiral.

Se você tem uma pergunta que gostaria de ver respondida, mande suas dúvidas e sugestões aqui , e você pode acabar sendo o assunto do próximo Ask Ethan!

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