Por que Galáxias Massivas do Universo Jovem Pararam de Formar Estrelas: Um Estudo Inovador

As observações astronômicas indicam que as galáxias mais massivas do Universo jovem, formadas cerca de 3 a 4 bilhões de anos após o Big Bang, interromperam a formação de estrelas precoce, aproximadamente 1 bilhão de anos após seu surgimento. Essa peculiaridade tem sido um enigma para os astrofísicos. Em contraste, a Via Láctea, com uma idade semelhante à do próprio Universo, continua a gerar estrelas, embora em uma taxa reduzida, mesmo 13,5 bilhões de anos após sua formação.

Recentemente, um estudo do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), em colaboração com instituições internacionais, ofereceu uma explicação plausível para esse fenômeno. Publicado na revista Astronomy & Astrophysics, o artigo explora duas populações distintas de galáxias: as galáxias formadoras de estrelas, enriquecidas por poeira (DSFGs), e as galáxias massivas quiescentes (MQs), que não apresentam atividade na criação de novas estrelas.

As DSFGs são altamente ativas, formando estrelas a uma taxa de até 500 massas solares anualmente, enquanto a Via Láctea forma cerca de uma massa solar por ano. Estas galáxias permanecem praticamente invisíveis no espectro óptico, mas se destacam nas medições submilimétricas e infravermelhas, sendo detectadas em milhares pelos radiotelescópios do Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) e caracterizadas pelo Telescópio Espacial James Webb.

Como adverte o professor Laerte Sodré Junior, as MQs apresentam um desafio significativo para os modelos tradicionais de formação de galáxias. Eles se formaram e rapidamente interromperam a atividade de formação estelar durante os primeiros bilhões de anos da história cósmica.

Para entender a conexão entre essas duas populações, os pesquisadores usaram um modelo semianalítico, traçando a evolução das galáxias em redshifts de 2 a 4, quando o universo tinha entre 3 e 4 bilhões de anos. Os resultados mostraram que de 86% a 96% das MQs anteriormente passaram pela fase de galáxias formadoras de estrelas ricas em poeira. Isso indica que a maioria das galáxias quiescentes teve um passado ativo.

O estudo sugere que cada galáxia precursor de uma MQ passou por uma fusão violenta com outra galáxia de massa semelhante, resultando em um surto intenso de formação estelar e no crescimento acelerado de um buraco negro supermassivo no núcleo. Essa fusão concentra grandes quantidades de gás, desencadeando tanto a formação estelar quanto a atividade do buraco negro, o que resulta na rápida extinção da formação estelar.

Diferentemente, a maioria das galáxias formadoras de estrelas e poeira cresce de maneira mais gradual, com fusões ocorrendo em períodos posteriores, garantindo um consumo mais lento do gás e um eventual apagamento da formação estelar.

A recente atividade do Telescópio Espacial James Webb tem facilitado o mapeamento dessas galáxias, revelando um número maior do que o esperado de MQs no universo jovem. No entanto, o modelo atual ainda não resolve completamente o problema, pois existem discrepâncias entre as previsões e as observações reais.

O estudo oferece um entendimento mais coeso sobre a evolução de DSFGs para MQs, baseando-se no modelo de fusão de galáxias e na dinâmica do buraco negro supermassivo. Avanços futuros na área dependerão de modelos teóricos mais complexos, simulações numéricas mais precisas e novos dados observacionais. Instrumentos como o Giant Magellan Telescope (GMT), que está em construção no Observatório de Las Campanas, no Chile, devem ter um papel fundamental nesse processo. Com um espelho de 24,5 metros, o GMT promete oferecer imagens com resoluções significativamente superiores às do Telescópio James Webb.

O artigo completo, intitulado "The connection between dusty star-forming galaxies and the first massive quenched galaxies," pode ser acessado em: Astronomy & Astrophysics.

Informações da Agência FAPESP