As galáxias crescem acumulando gás do ambiente e convertendo-o em estrelas, mas os detalhes desse processo permaneceram obscuros. Novas observações, feitas usando o Keck Cosmic Web Imager (KCWI) no Observatório W. Keck, no Havaí, agora fornecem a evidência mais clara e direta de que filamentos de gás frio espiralam em galáxias jovens, fornecendo combustível para as estrelas.
“Pela primeira vez, estamos vendo filamentos de gás diretamente em espiral em uma galáxia. É como um oleoduto entrando direto”, diz Christopher Martin, professor de física na Caltech e principal autor de um novo artigo publicado na edição de 1º de julho. da revista Nature Astronomy. “Esta tubulação de gás sustenta a formação de estrelas, explicando como as galáxias podem fazer estrelas em escalas de tempo muito rápidas.”
Durante anos, os astrônomos debateram exatamente como o gás faz o seu caminho até o centro das galáxias. Aquece-se dramaticamente quando colide com o gás quente circundante? Ou flui ao longo de filamentos finos e densos, permanecendo relativamente frio? “A teoria moderna sugere que a resposta é provavelmente uma mistura de ambos, mas provar a existência dessas correntes frias de gás permaneceu um grande desafio até agora”, diz o co-autor Donal O’Sullivan (MS ’15), um Ph. D. estudante do grupo de Martin que construiu parte do KCWI.
A KCWI, projetada e construída na Caltech, é uma câmera de imagem espectral de última geração. Chamado de espectrógrafo de unidade de campo integral, ele permite que os astrônomos capturem imagens de modo que cada pixel da imagem contenha um espectro disperso de luz. Instalado na Keck no início de 2017, o KCWI é o sucessor do Cosmic Web Imager (CWI), um instrumento que opera no Palomar Observatory, perto de San Diego desde 2010. O KCWI tem oito vezes a resolução espacial e dez vezes a sensibilidade do CIT.
“O principal condutor para a construção da KCWI foi o entendimento e a caracterização da teia cósmica, mas o instrumento é muito flexível e os cientistas usaram, entre outras coisas, para estudar a natureza da matéria escura, investigar buracos negros e refinar nosso entendimento de formação de estrelas “, diz o co-autor Mateusz (Matt) Matuszewski (MS ’02, Ph.D. ’12), um cientista sênior instrumento no Caltech.
A questão de como galáxias e estrelas se formam a partir de uma rede de filamentos no espaço – o que é conhecido como teia cósmica – fascinou Martin desde que ele era um estudante de pós-graduação. Para encontrar respostas, ele liderou as equipes que construíram o CWI e o KCWI. Em 2017, Martin e sua equipe usaram o KCWI para adquirir dados sobre duas galáxias ativas conhecidas como quasars, denominadas UM 287 e CSO 38, mas não eram os próprios quasares que eles queriam estudar. Perto de cada um desses dois quasares há uma nebulosa gigante, maior que a Via Láctea e visível graças à forte iluminação dos quasares. Ao olhar para a luz emitida pelo hidrogênio nas nebulosas – especificamente uma linha de emissão atômica chamada hidrogênio Lyman-alfa – eles foram capazes de mapear a velocidade do gás. De observações anteriores no Palomar, a equipe já sabia que havia sinais de rotação nas nebulosas, mas os dados do Keck revelaram muito mais.
“Quando usamos o CWI da Palomar anteriormente, fomos capazes de ver o que parecia ser um disco rotativo de gás, mas não conseguimos identificar nenhum filamento”, diz O’Sullivan. “Agora, com o aumento da sensibilidade e resolução com KCWI, temos modelos mais sofisticados e podemos ver que esses objetos estão sendo alimentados pelo gás que flui dos filamentos conectados, o que é uma forte evidência de que a teia cósmica está conectada e alimentando esse disco “
Martin e seus colegas desenvolveram um modelo matemático para explicar as velocidades que estavam vendo no gás e testaram-no em UM287 e CSO38, bem como em uma galáxia simulada.
“Levamos mais de um ano para criar o modelo matemático para explicar o fluxo radial do gás”, diz Martin. “Quando o fizemos, ficamos chocados com o bom funcionamento do modelo.”
As descobertas fornecem a melhor evidência até o momento para o modelo de fluxo frio da formação de galáxias, que basicamente afirma que o gás frio pode fluir diretamente para a formação de galáxias, onde é convertido em estrelas. Antes desse modelo ganhar popularidade, os pesquisadores propuseram que as galáxias absorvessem gás e aquecessem até temperaturas extremamente altas. A partir daí, o gás foi pensado para esfriar gradualmente, fornecendo um fornecimento estável, mas lento de combustível para as estrelas. Em 1996, a pesquisa de Charles (Chuck) Steidel, do Caltech, o professor de astronomia Lee A. DuBridge e co-autor do novo estudo, questionou esse modelo. Ele e seus colegas mostraram que as galáxias distantes produzem estrelas a uma taxa muito alta – muito rápido para ser explicado pelo lento assentamento e resfriamento do gás quente que era um modelo preferido para o abastecimento de galáxias jovens.
“Ao longo dos anos, adquirimos mais e mais evidências para o modelo de fluxo frio”, diz Martin. “Nós apelidamos nossa nova versão do modelo de ‘fluxo frio inspirado’, já que vemos o padrão em espiral no gás”.
“Esse tipo de medição é exatamente o tipo de ciência que queremos fazer com a KCWI”, diz John O’Meara, cientista-chefe do Keck Observatory. “Combinamos o poder do tamanho do telescópio de Keck, sua poderosa instrumentação e um incrível local astronômico para ultrapassar os limites do que é possível observar. É muito interessante ver esse resultado em particular, já que observar diretamente os influxos tem sido um elo perdido em nossa capacidade de testar modelos de formação e evolução de galáxias. Mal posso esperar para ver o que está por vir. “
O novo estudo, intitulado “Fluxos de gás multi-filamentos alimentando galáxias de formação de estrelas jovens”, foi financiado pela National Science Foundation (NSF), o Observatório W.M. Keck, Caltech e o Conselho Europeu de Pesquisa.
Publicado em 05/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-spiraling-filaments-young-galaxies.html
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