Astrónomos modelam e determinam como discos galácticos evoluem tão suavemente

ilustração por Jian Wu; imagem da galáxia pelo SDSS

Esta ilustração mostra como duas amostras de órbitas estelares são dispersadas de órbitas quase circulares pela gravidade de aglomerados massivos no interior das galáxias

Simulações de computador estão a mostrar aos astrofísicos como aglomerados massivos de gás, dentro das galáxias, espalham algumas das estrelas das suas órbitas, eventualmente criando o esmaecimento exponencial e suave no brilho de muitos discos galácticos.

Investigadores da Universidade Estatal do Iowa, da Universidade de Wisconsin-Madison e da IBM avançaram estudos que começaram há quase 10 anos.

Concentraram-se originalmente no modo como os aglomerados massivos em galáxias jovens afetam as órbitas das estrelas e criam discos galácticos com centros brilhantes desvanecendo para orlas escuras.

(Como Curtis Struck, professor de física e astronomia da Universidade Estatal do Iowa, escreveu num resumo de uma investigação de 2013: “Nos discos das galáxias, as cicatrizes de uma infância difícil, e marcas adolescentes, desvanecem com o tempo.”)

Agora, o grupo é coautor de um novo artigo que diz que as suas ideias sobre a formação de discos exponenciais aplicam-se a mais do que galáxias jovens.

É também um processo robusto e universal em todos os tipos de galáxias. Os discos exponenciais, afinal de contas, são comuns em galáxias espirais, galáxias elípticas anãs e em algumas galáxias irregulares.

Como é que os astrofísicos podem explicar isso?

Ao usarem modelos realistas para rastrear a dispersão de estrelas nas galáxias, “sentimos que temos uma compreensão muito mais profunda dos processos físicos que resolvem este problema-chave com quase 50 anos,” disse Struck.

Os investigadores descobriram que os impulsos gravitacionais de aglomerados massivos alteram as órbitas das estrelas. Como resultado, a distribuição geral das estrelas do disco muda, e o perfil de brilho exponencial é um reflexo dessa nova distribuição estelar.

As descobertas dos astrofísicos encontram-se detalhadas num artigo publicado online na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Os coautores são Struck; Jian Wu, estudante de doutoramento em física e astronomia da Universidade Estatal do Iowa; Elena D’Onghia, professora associada de astronomia em Wisconsin; e Bruce Elmegreen, cientista investigador do Centro de Investigação Thomas J. Watson da IBM em Yorktown Heights, Nova Iorque.

As estrelas são espalhadas, os discos são suavizados

A modelagem por computador mais recente – liderada por Wu – é a pedra angular de anos de melhorias, disse Struck. Os modelos anteriores trataram as forças gravitacionais dos componentes galácticos de forma mais aproximada, e os investigadores estudaram menos casos. Os modelos mais recentes mostram como enxames estelares e aglomerados de gases interestelares dentro das galáxias podem alterar as órbitas de estrelas próximas.

Alguns eventos de dispersão estelar mudam significativamente as órbitas das estrelas, até mesmo “apanhando” algumas estrelas em “loops” em torno de aglomerados massivos antes que possam escapar para o fluxo geral de um disco galáctico.

Muitos outros eventos de dispersão são menos poderosos, com menos estrelas espalhadas e as órbitas permanecem mais circulares.

“A natureza da dispersão é muito menos complexa do que imaginávamos anteriormente,” disse Struck. “Apesar de toda esta complexidade em escalas pequenas, ainda tende para a média da distribuição de luz a largas escalas.”

De acordo com o artigo científico dos cientistas, os modelos também dizem algo sobre o tempo que leva para estes discos galácticos exponenciais se formarem. Os tipos de aglomerados e densidades iniciais dos discos afetam a velocidade da evolução, mas não a suavidade final no brilho.

A velocidade, neste caso, é um termo relativo porque as escalas de tempo para estes processos são milhares de milhões de anos.

Ao longo de todo esses anos, e mesmo com modelos de galáxias cujas estrelas são inicialmente distribuídas de várias maneiras, Wu disse que os modelos mostram a ubiquidade do processo de dispersão estelar para queda exponencial.

A dispersão estelar é muito geral e universal,” disse. “Funciona para explicar a formação de discos exponenciais em muitos casos.”

  // CCVAlg

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