Galáxias espirais: características, formação e tipos - Ciência - 2023

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UMA galáxia espiral É um aglomerado monumental de estrelas em forma de disco com braços espirais, que lembra a forma de um cata-vento. A forma dos braços varia muito, mas em geral um centro condensado é claramente distinguido, circundado por um disco do qual brotam as espirais.

Quase 60% das galáxias conhecidas atualmente são espirais com as seguintes estruturas características: protuberância central ou protuberância galáctica, disco, braços espirais e halo.

São galáxias de extraordinária beleza que podem ser localizadas em constelações como a de Eridano. Todos eles codificados graças ao trabalho do astrônomo Edwin Hubble (1889-1953).

Características das galáxias espirais

Dois terços das galáxias espirais têm uma barra central, constituindo um subtipo chamado galáxias espirais barradas, para diferenciá-los de galáxias espirais simples. Eles têm apenas duas espirais saindo da barra e girando na mesma direção. Nossa Via Láctea é um exemplo de galáxia espiral barrada, embora não possamos observá-la de nossa posição.

O bojo central é de cor avermelhada, devido à presença de estrelas mais velhas. Há pouco gás no próprio núcleo e geralmente é encontrado um buraco negro no centro.

O disco, por sua vez, é azulado e rico em gás e poeira, com a presença de estrelas jovens e mais quentes que orbitam em trajetórias quase circulares em torno do núcleo galáctico, mas mais lentamente que as do núcleo.

Quanto às espirais, são muito variadas, desde as que envolvem bem o bojo central até os braços dispostos mais abertos sobre ela. Eles se destacam graças ao grande número de estrelas jovens, quentes e azuis que contêm.

Existem várias teorias sobre por que eles são formados, sobre as quais falaremos mais tarde.

Finalmente, existe um halo esférico que circunda todo o disco, pobre em gás e poeira, no qual as estrelas mais antigas são agrupadas em aglomerados globulares de estrelas, enormes aglomerados com milhares e até milhões de estrelas que se movem em alta velocidade.

Tipos de galáxias espirais

Para classificar as galáxias de acordo com sua morfologia (aparência vista da Terra), é usado o diapasão criado por Edwin Hubble em 1936. Essa classificação foi posteriormente modificada por outros astrônomos adicionando subtipos e números à notação original.

O Hubble codificou com letras as galáxias desta maneira: E para galáxias elípticas, SO para galáxias lenticulares e S para espirais.

Mais duas categorias foram adicionadas posteriormente para incluir galáxias espirais barradas SB e galáxias irregulares e não padronizadas: Irr. Cerca de 90% de todas as galáxias observadas são elípticas ou espirais. Apenas 10% estão na categoria Irr.

Hubble acreditava que as galáxias começaram sua vida como estruturas esféricas do tipo E0 e depois desenvolveram braços e se tornaram galáxias espirais que acabariam sendo irregulares.

No entanto, foi demonstrado que não é esse o caso. Galáxias elípticas têm um movimento rotacional muito mais lento que não as levará ao achatamento e à geração de espirais.

Nos braços do diapasão do Hubble estão as galáxias espirais: S para espirais normais e SB para espirais em barra. As letras minúsculas indicam os subtipos: "a" indica que as bobinas estão bem fechadas em torno do núcleo, enquanto "c" é usado quando são mais soltas. Além disso, a proporção de gás aumenta em conformidade.

A Via Láctea é do tipo SBb, com o Sol em um dos braços espirais: o braço de Orion, assim chamado porque ali também se encontram as estrelas desta constelação, uma das mais marcantes vistas da Terra.

Teorias sobre a origem das espirais

A origem dos braços espirais ainda não é conhecida com certeza, porém existem várias teorias que tentam explicá-los. Para começar, os astrônomos logo observaram que diferentes estruturas em uma galáxia espiral giram em velocidades diferentes. Isso é conhecido como rotação diferencial e é uma característica deste tipo de galáxias.

O interior do disco das galáxias espirais gira muito mais rápido do que o exterior, enquanto o halo não gira. Por isso, a princípio acreditou-se que essa era a causa do aparecimento das espirais e não só isso, é também a evidência da existência de matéria escura.

Porém, se assim fosse, as espirais teriam vida curta (em termos astronômicos é claro), pois acabariam se enrolando e desaparecendo.

Ondas de densidade e auto-propagação de estrelas

Uma teoria mais aceita para explicar a existência de espirais é a das ondas de densidade. Essa teoria, criada pelo astrônomo sueco Bertil Lindblad (1895-1965), postula que a matéria experimenta variações em sua concentração, que, como o som, podem se propagar no ambiente galáctico.

Desta forma, são criadas áreas com mais concentração, como as espirais, e outras com menos, que seriam os espaços entre elas. Mas essas áreas têm uma duração limitada, de modo que os braços podem se mover, embora sua forma persista com o tempo.

Isso explica por que as espirais são regiões muito ativas em termos de produção estelar. Lá o gás e a poeira estão mais concentrados, então a gravidade intervém para que a matéria se aglomere formando protoestrelas, que darão origem a estrelas jovens e massivas.

A outra teoria que busca explicar as espirais é a da autopropagação. As enormes estrelas azuis nos braços espirais são conhecidas por terem vida curta em relação às estrelas mais frias e vermelhas no núcleo.

As primeiras geralmente terminam sua vida em explosões de supernovas gigantescas, mas o material pode ser reciclado em novas estrelas no mesmo lugar que as anteriores: os braços espirais.

Isso explicaria a persistência dos braços, mas não a origem deles. Por esta razão, os astrônomos acreditam antes que eles são devidos a uma combinação de fatores: a mesma rotação diferencial, a existência de ondas de densidade, a autopropagação de estrelas e as interações sofridas com outras galáxias.

Todas essas circunstâncias juntas dão origem a diferentes tipos de braços espirais: finos e claramente delineados ou grossos e mal definidos.

Diferenças com galáxias elípticas

A diferença mais óbvia é que as estrelas em galáxias elípticas são mais uniformemente distribuídas do que em espirais. Nestes aparecem concentrados no disco avermelhado e dispersos nos braços espirais, de cor azulada, enquanto a distribuição nas galáxias elípticas é oval.

Outra característica distintiva é a presença ou ausência de gás interestelar e poeira. Em galáxias elípticas, a maior parte da matéria se transformou em estrelas há muito tempo, então elas têm pouco gás e poeira.

Por sua vez, as galáxias espirais têm áreas onde o gás e a poeira, que dão origem a novas estrelas, são abundantes.

A próxima diferença notável é o tipo de estrelas. Os astrônomos distinguem duas populações estelares: população I jovem e população II, estrelas mais velhas. Galáxias elípticas contêm estrelas de população II e poucos elementos mais pesados que o hélio.

Em contraste, as galáxias espirais contêm as Populações I e II. A população I, mais jovem e com alta metalicidade, predomina no disco e nos braços. Isso significa que eles contêm elementos pesados, restos de estrelas já desaparecidas, enquanto no halo estão as estrelas mais antigas.

É por isso que estrelas continuam a se formar em galáxias espirais, enquanto em galáxias elípticas não. E é que as galáxias elípticas são provavelmente o resultado de colisões entre galáxias espirais e irregulares, durante as quais a maior parte da poeira cósmica desaparece e com ela a possibilidade de criação de novas estrelas.

Essas colisões entre galáxias são eventos frequentes, na verdade acredita-se que a Via Láctea está em colisão com pequenas galáxias satélites: a galáxia anã elíptica SagDEG e a galáxia anã Canis Major.

Tabela comparativa

Exemplos de galáxias espirais

Galáxias espirais abundam no universo. Vistos da Terra, são objetos de extraordinária beleza devido às suas várias formas. Por exemplo, na constelação de Eridano existem cinco galáxias espirais de diferentes tipos, incluindo três barradas. Um deles é o NGC 1300, mostrado abaixo.

A via Láctea

É a galáxia que abriga o Sistema Solar em um de seus braços espirais. Ele contém entre 100 e 400 bilhões de estrelas com um tamanho estimado entre 150 - 200 mil anos-luz. Faz parte do chamado Grupo Local de galáxias, junto com Andrômeda e cerca de 50 outras galáxias, quase todas anãs.

Andrômeda

Também conhecido como M31, está localizado na constelação de Andrômeda, perto de Cassiopeia, com sua forma reconhecível em W. Pode ser visto a olho nu ou com bons binóculos em noites claras e sem lua.

Embora já tivesse aparecido nos registros de antigos astrônomos árabes, não se sabia que era uma galáxia até o início do século 20, graças às observações de Edwin Hubble.

Está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância e tem aproximadamente o mesmo tamanho da Via Láctea, embora se acredite que seja um pouco mais massiva. No entanto, estimativas recentes indicam que sua massa é comparável à de nossa própria galáxia.

Andrômeda está se aproximando de nós em grande velocidade, então espera-se que em cerca de 4,5 bilhões de anos ela colida com a Via Láctea, dando origem a uma gigantesca galáxia elíptica.

Galáxia Whirlpool

Ele aparece no catálogo de Messier como objeto M51 e foi descoberto pelo próprio Charles Messier em 1773. É encontrado na constelação de Canes Venatici no céu boreal, perto de Bootes e Leo, de onde pode ser visto com binóculos.

Este majestoso objeto astronômico tem a forma típica de uma galáxia espiral e está a uma distância estimada entre 16 e 27 milhões de anos-luz. Tem uma galáxia companheira claramente visível nas imagens do telescópio: a galáxia NGC 5195.

Referências

Carroll, B. An Introduction to Modern Astrophysics. 2ª Edição. Pearson.
Heras, A. Introdução Astronomy and Astrophysics. Recuperado de: antonioheras.com.
Oster, L. 1984. Modern Astronomy. Editorial Reverté.
Wikipedia. Formação e evolução de galáxias. Recuperado de: es.wikipedia.org.
Wikipedia. Galáxias espirais. Recuperado de: en.wikipedia.org.