Galáxia: características, componentes, tipos, formação - Ciência - 2023

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UMA galáxia é um conglomerado de objetos astronômicos e matéria, como nuvens de gás e poeira, bilhões de estrelas, nebulosas, planetas, asteróides, cometas, buracos negros e até muita matéria escura, todos estruturados graças à força da gravidade.

Nosso sistema solar faz parte de uma grande galáxia espiral chamada Via Láctea. Este nome derivado do grego pode ser traduzido como "caminho do leite", devido à sua semelhança com uma faixa mal iluminada que atravessa a esfera celeste.

Nas noites claras de verão pode-se observar muito bem entre as constelações de Escorpião e Sagitário, já que nessa direção está o núcleo e onde a densidade das estrelas é muito maior.

História da descoberta de galáxias

O grande pensador e matemático grego Demócrito de Abdera (460-370 aC) foi o primeiro a sugerir - em sua época não havia telescópios - que a Via Láctea era na verdade composta de milhares de estrelas tão distantes que não se podia distinguir de outros.

Demorou um pouco até que Galileu (1564-1642) concordasse com ele, quando, apontando seu telescópio, descobriu que havia mais estrelas no céu do que ele podia contar.

Foi o filósofo alemão Immanuel Kant (1724-1804) quem especulou que a Via Láctea era composta por milhares de outros sistemas solares e que o todo tinha uma forma elíptica e girava ritmicamente em torno de um centro.

Além disso, ele também sugeriu que outros conjuntos de estrelas e planetas existiam, como a Via Láctea, e os chamou de universos-ilhas. Esses universos-ilhas seriam visíveis da Terra como manchas de luz minúsculas e tênues.

20 anos depois, em 1774, o catálogo Messier apareceu, uma compilação de 103 objetos do espaço profundo visíveis até hoje e feita pelo astrônomo francês Charles Messier (1730-1817).

Entre eles estavam alguns candidatos a universos-ilhas, conhecidos simplesmente como nebulosas. A nebulosa M31 foi uma delas, sendo hoje conhecida como a galáxia vizinha de Andrômeda.

William Herschel (1738-1822) expandiu a lista de objetos do espaço profundo para 2.500 e descreveu pela primeira vez a forma da Via Láctea. No entanto, os cientistas ainda não haviam percebido que certas nebulosas como a M31 eram, elas mesmas, enormes conglomerados de estrelas semelhantes à Via Láctea.

Um telescópio com resolução suficiente era necessário e poderia ser adquirido em 1904, quando o enorme telescópio do Observatório Mount Wilson, na Califórnia, foi construído com um espelho de 100 polegadas de diâmetro. Só então ficou claro o tamanho do universo, pois a já imensa Via Láctea é apenas uma galáxia, entre inúmeros conglomerados delas.

Em 1924, Edwin Hubble (1889-1953) conseguiu medir a distância a uma dessas nebulosas espirais, observando o tipo de estrelas cefeidas no objeto M31, a nebulosa em forma de espiral mais notável, chamada de Andrômeda.

As cefeidas são estrelas que mudam periodicamente de brilho e isso é proporcional ao período. Os mais brilhantes têm períodos mais longos.

Àquela altura, Harold Shapley (1885-1972) havia estimado o tamanho da Via Láctea, mas era tão grande que ele se convenceu de que a nebulosa de Andrômeda estava no interior da Via Láctea.

No entanto, Hubble determinou que a distância até as Cefeidas de Andrômeda era muito maior do que o tamanho da Via Láctea e, portanto, não poderia ser encontrada dentro dela. Andrômeda, como a Via Láctea, era uma galáxia por direito próprio, embora por muito tempo tenha permanecido chamada de "nebulosa extragaláctica".

Características das galáxias

As galáxias têm forma e, como veremos mais tarde, podem ser classificadas de acordo com este critério. Eles também contêm massa e não são entidades estáticas, pois têm movimento.

Existem galáxias gigantes e muito brilhantes, como a Via Láctea e Andrômeda, e também galáxias chamadas de "anãs", até mil vezes menos brilhantes. Para se familiarizar com os tamanhos, é útil conhecer algumas unidades de medida usadas em astronomia. Em primeiro lugar, temos o ano luz.

O ano-luz é uma unidade de distância igual à distância que a luz viaja em um ano. Dado que a velocidade da luz é 300.000 km / s, multiplicando pelo número de segundos em 365 dias, o resultado é de aproximadamente 9 bilhões e meio de quilômetros.

Para fins de comparação, a distância do Sol à Terra é de 8,5 minutos-luz, cerca de 150 milhões de quilômetros, o que é aproximadamente equivalente a uma UA ou unidade astronômica, útil em medições dentro do Sistema Solar. A próxima estrela mais próxima do Sol é Proxima Centauri a 4,2 anos-luz.

O UA dá origem a outra unidade amplamente utilizada: o parsec ou paralaxe de um segundo arco. O fato de um ponto estar à distância de um parsec significa que sua paralaxe é igual a 1 segundo de arco entre a Terra e o Sol. A figura a seguir o esclarece:

Tamanho, movimento e composição química

Os tamanhos das galáxias são extremamente variados, desde tão pequenas que mal têm mil estrelas, até as gigantescas galáxias elípticas das quais falaremos em detalhes mais tarde.

Assim, temos nossa Via Láctea com cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro, sendo uma grande galáxia, mas não a maior. NGC 6872 tem 520.000 anos-luz de diâmetro, cerca de 5 vezes o diâmetro da Via Láctea, e é a maior galáxia espiral conhecida até hoje.

As galáxias não são estáticas. De um modo geral, estrelas e nuvens de gás e poeira têm movimentos rotacionais em torno do centro, mas nem todas as partes de uma galáxia giram com a mesma velocidade. As estrelas no centro giram mais rápido do que as externas, no que é chamado rotação diferencial.

Em relação à composição química, os elementos mais comuns no universo são o hidrogênio e o hélio. Dentro das estrelas, como um reator de fusão nuclear, os elementos mais pesados que conhecemos são formados por meio da tabela periódica.

A cor e a luminosidade das galáxias mudam com o tempo. Galáxias mais jovens são mais azuis e mais brilhantes do que as mais antigas.

Galáxias em forma de elipse tendem para o vermelho, com muitas estrelas mais antigas, enquanto as irregulares são as mais azuis. Nas galáxias em forma de espiral, o azul concentra-se no centro e o vermelho na periferia.

Componentes de galáxias

Ao observar uma galáxia, podem ser identificadas estruturas como as seguintes, que estão presentes na Via Láctea, que foi tomada como modelo por ser a mais bem estudada:

Disco e halo

As duas estruturas básicas de nossa galáxia são o disco e o halo. O disco está no plano médio definido pela galáxia e contém uma grande quantidade de gás interestelar que dá origem a novas estrelas. Ele também contém estrelas velhas e aglomerados abertos - um agrupamento de estrelas mal estruturado.

Deve-se notar que nem todas as galáxias têm a mesma taxa de formação de estrelas. Acredita-se que as galáxias elípticas tenham uma taxa muito mais baixa, ao contrário das espirais.

O Sol está localizado no disco galáctico da Via Láctea, no plano de simetria e como todas as estrelas do disco, ele orbita a galáxia seguindo um caminho aproximadamente circular e perpendicular ao eixo galáctico de rotação. Demora cerca de 250 milhões de anos para completar uma órbita.

O halo cobre a galáxia com um volume esferoidal menos denso, por se tratar de uma região com muito menos poeira e gás. Contém o aglomerados globulares, estrelas agrupadas pela ação da gravidade e muito mais antigas que o disco, estrelas individuais e também as chamadas matéria escura.

A matéria escura é um tipo de matéria cuja natureza é desconhecida. Ela deve seu nome ao fato de não emitir radiação eletromagnética e sua existência foi proposta para explicar o fato de que estrelas externas se movem mais rápido do que o esperado.

A velocidade com que uma estrela se move em relação ao centro da galáxia depende de como a matéria está distribuída, uma vez que é a atração gravitacional devida a ela que uma estrela permanece em órbita. Velocidade mais rápida significa que há mais matéria que não pode ser vista: matéria escura.

O bulbo, o núcleo galáctico e a barra

Além do disco e do halo, na galáxia existe o bojo, o bojo central ou núcleo galáctico, onde existe uma densidade maior de estrelas, sendo, portanto, muito luminoso.

Sua forma é aproximadamente esférica -embora a da Via Láctea se assemelhe mais a um amendoim- e em seu centro está o núcleo, formado por um buraco negro, fato que parece ser comum em muitas galáxias, principalmente em os espirais.

Os objetos que estão nas adjacências do núcleo giram, como dissemos, muito mais rápido do que aqueles que estão mais distantes. Lá, a velocidade é proporcional à distância ao centro.

Algumas galáxias espirais como a nossa têm uma barra, uma estrutura que passa pelo centro e da qual emergem braços espirais. Existem mais galáxias espirais barradas do que não barradas.

Acredita-se que as hastes permitem o transporte de matéria das pontas até o bulbo, engrossando-o por promover a formação de estrelas no núcleo.

Tipos de galáxias

A primeira coisa que é apreciada ao observar galáxias através do telescópio é sua forma. A grande galáxia de Andrômeda, por exemplo, tem uma forma espiral, enquanto sua galáxia companheira NGC 147 é elíptica.

O sistema de classificação de galáxias é baseado na forma que possuem e o mais utilizado atualmente é o diapasão ou sequência de Hubble, criado por volta de 1926 por Edwin Hubble, e mais tarde modificado por ele mesmo e outros astrônomos, conforme novas informações apareciam.

Hubble desenhou o esquema acreditando que representava uma espécie de evolução da galáxia, mas hoje se sabe que não é esse o caso. Letras são usadas na sequência para designar galáxias: E para galáxias elípticas, S para galáxias espirais e Irr para as de formato irregular.

Galáxias elípticas

À esquerda, no pescoço do diapasão, estão as galáxias elípticas representadas pela letra E. As estrelas que as constituem estão distribuídas de forma mais ou menos uniforme.

O número que acompanha a letra indica o quão elíptica é a galáxia -elipticidade-, começando com E0, que é o mais esférico, até E7, que é o mais plano. Galáxias com elipticidade maior que 7 não foram observadas. Denotando este parâmetro como є:

Є = 1 – (β/ɑ)

Com α e β como os semi-eixos maior e menor aparentes, respectivamente, da elipse. No entanto, essa informação é relativa, pois só temos a visão da Terra. Por exemplo, não é possível saber se uma galáxia mostrada na borda é elíptica, lenticular ou espiral.

Galáxias elípticas gigantes estão entre os maiores objetos do universo. Eles são os mais fáceis de observar, embora as versões muito menores, chamadas galáxias anãs elípticas muito mais abundam.

Galáxias lenticulares e espirais

Galáxias lenticulares têm forma de disco, sem braços espirais, mas podem ser barradas. Sua nomenclatura é S0 ou SB0 e eles estão bem na bifurcação da figura. Dependendo da quantidade de poeira (zonas de alta absorção) em seu disco, eles são subdivididos em S01, SB01 a S03 e SB03.

As galáxias S são as galáxias espirais adequadas, enquanto as SB são as galáxias espirais barradas, uma vez que as espirais parecem se projetar de uma barra através da protuberância central. A grande maioria das galáxias tem essa forma.

Ambas as classes de galáxias se distinguem, por sua vez, pelo grau de facilidade dos braços espirais e são marcadas com letras minúsculas. Estes são determinados comparando o tamanho da protuberância maior com o comprimento do disco: protuberância L / disco L.

Por exemplo, se este quociente é ≈ 0,3, as galáxias são denotadas como Sa se for uma espiral simples, ou como SBa se for barrada. Nestes, as espirais parecem mais estreitas e a concentração de estrelas nos braços é mais tênue.

Conforme a sequência continua para a direita, as espirais parecem mais soltas. A relação protuberância / disco para essas galáxias é: protuberância L / disco L ≈ 0,05.

Se uma galáxia tiver características intermediárias, até duas letras minúsculas podem ser adicionadas. Por exemplo, a Via Láctea é classificada por alguns como SBbc.

Galáxias irregulares

Estas são galáxias cuja forma não corresponde a nenhum dos padrões descritos acima.

O próprio Hubble os dividiu em dois grupos: Irr I e Irr II, onde os primeiros são apenas um pouco mais organizados do que os segundos, porque eles têm algo que lembra a forma dos braços espirais.

As galáxias Irr II são, poderíamos dizer, amorfas e sem nenhuma estrutura interna reconhecível. Ambos Irr I e Irr II são tipicamente menores do que galáxias elípticas ou majestosas galáxias espirais. Alguns autores preferem se referir a eles como galáxias anãs. Entre as galáxias irregulares mais conhecidas estão as vizinhas Nuvens de Magalhães, classificadas como Irr I.

Após a publicação da sequência de Hubble, o astrônomo francês Gerard de Vaucouleurs (1918-1995) sugeriu remover a nomenclatura Irr I e Irr II e chamar os Irr I, que possuem alguns braços espirais, como galáxias Sd - SBd, Sm - SBm ou Im (o "m" é para Galáxia de magalhães).

Por fim, as galáxias cuja forma é verdadeiramente irregular e sem traço de espirais, são simplesmente chamadas de Go. Com isso, a classificação moderna permaneceu assim:

EO, El ,. . . , E7, SOl, S02, S03, Sa, SBa, Sab, SBab, Sb, SB, Sbc, SBc, Sc, SBc, Scd, SBcd, Sd, SBd, Sm, SBm, Im, Ir.

Como as galáxias se formam?

A formação da galáxia é o assunto de discussão ativa hoje. Os cosmologistas acreditam que o universo primitivo era bastante escuro, cheio de nuvens de gás e matéria escura. Isso se deve à teoria de que as primeiras estrelas se formaram algumas centenas de milhões de anos após o Grande explosão.

Uma vez que o mecanismo de produção estelar está em vigor, verifica-se que há altos e baixos na taxa. E uma vez que as estrelas são o que constituem as galáxias, existem diferentes mecanismos que levam à formação das galáxias.

A atração gravitacional é a força primordial que põe em movimento a formação dos objetos cósmicos. Um pequeno acúmulo de matéria em algum ponto atrai mais matéria e ela começa a se acumular.

Acredita-se que a Via Láctea tenha começado assim: pequenos acúmulos de matéria que eventualmente deram origem aos aglomerados globulares do halo, entre os quais estão as estrelas mais antigas da galáxia.

A rotação é inerente ao acúmulo de massa que se seguiu a esse período inicial de formação estelar. E com a rotação é criado o momento angular, cuja conservação produziu o colapso da massa esférica transformando-a em um disco plano.

As galáxias podem aumentar de tamanho ao se fundir com outras galáxias menores. Acredita-se que este seja o caso hoje com a Via Láctea e suas vizinhas menores, as nuvens de Magalhães.

Outra fusão esperada em um futuro muito distante é a colisão com Andrômeda que, ao contrário da maioria das galáxias, está se aproximando de nós. Andromeda está atualmente a 2,2 milhões de anos-luz de distância.

Quantas galáxias existem no universo?

Embora a maior parte do espaço esteja vazio, existem milhões de galáxias, talvez 100 trilhões delas, segundo algumas estimativas. Outros estimam 2 trilhões de galáxias. A maior parte do universo permanece inexplorada e não há uma resposta exata para essa pergunta.

Em apenas 12 dias, o Telescópio Espacial Hubble encontrou 10.000 galáxias das mais variadas formas. O total real de galáxias no universo é desconhecido. Ao observar com um telescópio é necessário enfatizar que você está indo mais longe não só na distância, mas também no tempo.

A luz do sol que vemos levou 8,5 minutos para chegar até nós. A vista de Andrômeda que observamos com binóculos é a de 2,2 milhões de anos atrás. É por isso que o que vemos da Terra está na faixa de universo observável. Por enquanto, não há como ver o que está além.

Uma maneira de estimar quantas galáxias existem no universo observável é tirando fotos de campo extremamente profundas do Hubble ou XDF, que representam uma pequena área da esfera celeste.

Em uma dessas fotos, 5.500 galáxias foram encontradas a 13,2 bilhões de anos-luz de distância. Multiplicando esse valor pela quantidade de XDF para toda a esfera celeste, eles estimaram os 100 bilhões de galáxias mencionadas.

Tudo indica que antigamente havia mais galáxias do que agora, mas menores, azuis e de forma mais irregular do que as galáxias espirais elegantes que vemos hoje.

Exemplos de galáxias

Apesar de seu imenso tamanho, as galáxias não são solitárias, mas sim agrupadas em estruturas hierárquicas.

A Via Láctea pertence ao chamado Grupo Local, no qual todos os membros - cerca de 54 - estão a uma distância não superior a 1 Mega-parsec. Então a densidade de galáxias diminui até que outro aglomerado semelhante ao Grupo Local apareça.

Dentre a imensa variedade de galáxias encontradas, vale destacar alguns exemplos surpreendentes por suas particularidades:

Galáxias elípticas gigantes

As maiores galáxias encontradas até agora estão no centro de aglomerados de galáxias. Eles são enormes galáxias elípticas cuja gravidade atrai outras galáxias, engolfando-as. Nessas galáxias, a taxa de formação de estrelas é muito baixa, então, para continuar crescendo, elas prendem outras.

Galáxias ativas

Galáxias ativas, ao contrário das mais normais e silenciosas como a Via Láctea, emitem frequências de energia muito altas, muito superiores às emitidas pelos núcleos das estrelas, comuns em qualquer galáxia.

Essas frequências de alta energia, cujo poder é equivalente a bilhões de sóis, saem do núcleo de objetos como quasares, descoberto em 1963. Surpreendentemente, um quasar, um dos objetos mais brilhantes do universo, é capaz de manter essa taxa por milhões de anos.

As Galáxias Seyfert eles são outro exemplo de galáxias ativas. Até agora, várias centenas deles foram descobertos. Seu núcleo emite radiação altamente ionizada, variável no tempo.

Acredita-se que nas proximidades do centro, uma grande quantidade de material gasoso corre em direção ao buraco negro central. A perda de massa libera energia radiante no espectro de raios-X.

As galáxias de rádio são galáxias elípticas que emitem grandes quantidades de frequências de rádio, dez mil vezes mais do que galáxias comuns. Nessas galáxias existem fontes - rádios lobos - ligadas por filamentos de matéria ao núcleo galáctico, que emitem elétrons na presença de um intenso campo magnético.

Referências

Carroll, B. An Introduction to Modern Astrophysics. 2ª Edição. Pearson. 874-1037.
Galáxia. Recuperado de: es.wikipedia.org
Como funciona. 2016. Livro do Espaço. 8º. Ed. Imagine Publishing Ltd. 134-150.
As galáxias. Recuperado de: astrofisica.cl/astronomiaparatodos.
Oster, L. 1984. Modern Astronomy. Editorial Reverté. 315-394.
Pasachoff, J. 1992. Stars and Planets. Guias de campo de Peterson. 148-154.
Quora. Quantas galáxias existem? Recuperado de: es.quora.com.
Uma régua para medir o universo. Recuperado de: henrietta.iaa.es
O que é uma galáxia? Obtido em: spaceplace.nasa.gov.