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| O aglomerado de galáxias Abell 2744 captado pelo Telescópio Espacial James Webb, com duas das galáxias mais distantes já detectadas em destaque (imagem: James Webb Tracker) |
Modelo aponta a ocorrência de fusões entre galáxias, descreve como isso gerou surtos intensos de produção estelar e formação de buracos negros supermassivos e afirma que a atuação dos núcleos ativos bloqueou o suprimento de matéria-prima para novas estrelas
As observações astronômicas
mostram que as galáxias mais massivas do Universo jovem, formadas
aproximadamente 3 a 4 bilhões de anos após o Big Bang, pararam de produzir
estrelas muito cedo na história cósmica: cerca de 1 bilhão de anos depois de
começarem. Esse comportamento, bastante estranho, vinha intrigando os
especialistas da área. Para efeito de comparação, nossa galáxia, a Via Láctea,
cuja idade é equivalente à do próprio Universo, continua produzindo estrelas –
ainda que com uma taxa baixa de formação – mesmo 13,5 bilhões de anos depois de
constituída.
Um estudo realizado no
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de
São Paulo (IAG-USP) com parcerias internacionais, publicado no periódico Astronomy &
Astrophysics, propõe uma resposta consistente para o problema.
“Enfocamos duas populações
aparentemente distintas: galáxias intensamente formadoras de estrelas, ricas em
poeira [dusty star-forming galaxies, DSFGs], e galáxias massivas
quiescentes, sem atividade de formação estelar [massive quiescent galaxies,
MQs]”, afirma Laerte Sodré Junior, professor titular aposentado,
ex-diretor do IAG-USP e orientador de doutorado do autor principal do
estudo, Pablo Araya-Araya.
As DSFGs são extremamente
ativas, formando estrelas a taxas de até 500 massas solares por ano
(comparativamente, a Via Láctea forma cerca de uma massa solar por ano).
Envoltas em densas nuvens de poeira, são praticamente invisíveis no óptico
(faixa do espectro eletromagnético com comprimentos de onda de 380 a 780
nanômetros). Mas brilham intensamente no submilimétrico (de 0,2 a 1 milímetro)
e no infravermelho médio (de 4.9 a 28.8 mícrons). Por isso, foram detectadas em
escala de milhares pelos radiotelescópios Atacama Large
Millimeter/Submillimeter Array (Alma), que operam no
milimétrico-submilimétrico. Parte delas teve suas estruturas espaciais e
composições estelares caracterizadas pelo Telescópio Espacial James Webb, que
opera no infravermelho.
As MQs constituem um grande
desafio para os modelos de formação de galáxias, explica Sodré. “Formaram-se e
pararam de produzir estrelas rapidamente, dentro dos primeiros bilhões de anos
da história do Universo”, diz.
Para investigar a conexão entre
as duas populações, os pesquisadores utilizaram um modelo semianalítico de
formação de galáxias, rastreando suas trajetórias evolutivas em redshifts de 2
a 4 – isto é, quando o universo tinha cerca de 3 a 4 bilhões de anos. Vale
lembrar que redshifts são desvios da radiação eletromagnética
para comprimentos de onda maiores, em decorrência da expansão do universo.
O resultado mostra que entre
86% e 96% das MQs passaram antes por uma fase como galáxias formadoras de
estrelas ricas em poeira (DSFGs). Ou seja, praticamente todas essas galáxias
inertes tiveram um passado extremamente ativo. Mas nem todas as DSFGs seguem
esse destino.
A explicação proposta pelo
estudo é a de que cada galáxia progenitora de uma MQ teve fusão precoce e
violenta com outra galáxia de massa semelhante. Esse evento catastrófico teria
desencadeado dois processos simultâneos: um surto extremo de formação estelar e
o rápido crescimento de um buraco negro supermassivo na região central. “A
fusão das duas galáxias concentrou grandes quantidades de gás no núcleo,
desencadeando simultaneamente o surto extremo de formação estelar e a
alimentação intensa do buraco negro supermassivo”, resume Sodré.
“Nesse processo, o gás frio é
rapidamente consumido, enquanto a energia liberada pelo núcleo ativo aquece o
gás do halo ao redor e impede que ele esfrie e seja reincorporado à galáxia,
bloqueando o suprimento de matéria-prima para novas estrelas e interrompendo a
formação estelar em menos de 1 bilhão de anos”, explica o cientista.
Em contraste, a maior parte das
galáxias formadoras de estrelas e poeira cresce de forma mais gradual, por
processos de longa duração, com fusões relevantes ocorrendo apenas em épocas
posteriores, o que resulta em um consumo mais lento do gás e em um eventual
apagamento da formação estelar tardio, observado em redshifts menores.
Operações recentes do
Telescópio Espacial James Webb têm contribuído para o mapeamento das DSFGs. Ao
mesmo tempo, revelaram um número maior do que se esperava de galáxias massivas
quiescentes no Universo jovem.
O modelo proposto ainda não
resolve completamente o problema, pois subsistem discrepâncias entre previsões
e observações. “Estamos observando muito mais galáxias com emissões
submilimétricas do que podíamos prever”, admite Sodré.
Mesmo assim, o estudo oferece
uma estrutura coerente para explicar a evolução das DSFGs para as MQs, a partir
do modelo de fusão de galáxias, surto de formação estelar e constituição de
buraco negro supermassivo. O avanço nessa área dependerá de modelos teóricos
mais refinados, simulações numéricas mais realistas e novas observações.
Instrumentos como o Giant Magellan Telescope (GMT) – em construção no
Observatório de Las Campanas, no Atacama chileno, sob um dos céus mais secos e
estáveis do planeta – deverão desempenhar papel crucial nesse processo.
“Com seu espelho coletor de
24,5 metros, o GMT poderá produzir imagens com resoluções três a quatro vezes
melhores do que as do James Webb”, sublinha Sodré. A expectativa é a de que o
equipamento esteja operacional em meados da próxima década.
O trabalho foi apoiado pela
FAPESP por meio de auxílio ao projeto especial “Explorando o Universo, da formação de galáxias aos planetas tipo-terra,
com o GMT” e de bolsa de doutorado para Marcelo Vicentin, que também participou do estudo.
O artigo The connection
between dusty star-forming galaxies and the first massive quenched galaxies pode
ser lido em: aanda.org/articles/aa/full_html/2026/03/aa57426-25/aa57426-25.html.
Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/estudo-explica-por-que-as-galaxias-mais-massivas-do-universo-jovem-pararam-de-formar-estrelas-precocemente/57724
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