Cosmologia – forma das galáxias

19 de setembro, 2024 às 13:14 | Postado em Astronomia, Cosmologia

Caríssimos,

Algumas galáxias são espirais, outras elípticas e outas são irregulares.

Gostaria de entender a razão dessa diferença nos formatos. Para as irregulares é possível supor os motivos, as elípticas, em certa medida, também. As espirais me parecem muito mais difíceis de entender.

As galáxias podem ter diferentes formas, sendo que dois tipos são muito comuns: as galáxias elípticas e as espirais. Esses objetos são compostos por bilhões e até trilhões de estrelas, todas ligadas gravitacionalmente à galáxia e em rotação ao redor de seu centro. O Sol, por exemplo, orbita o centro da Via Láctea e dá uma volta ao seu redor a cada 230 milhões de anos, aproximadamente. Mas por que as galáxias têm diferentes formas? De maneira resumida, a forma de uma galáxia, ou seja, se ela é elíptica ou espiral, está associada, principalmente, com como é distribuição dessas órbitas das estrelas ao redor de seus centros.

Quando olhamos uma galáxia espiral de perfil (como a “Galáxia da Agulha” mostrada na figura 1), vemos que ela contém uma componente “achatada”, que é o seu disco.

Já uma galáxia elíptica (figura 2), não importa de qual direção nós a observamos, ela sempre terá uma forma de elipsoide, e não possui essa componente disco “achatada”.

Um disco possui uma forma “fina” e achatada porque as órbitas das estrelas que o compõem são aproximadamente coplanares. Ou seja, cada uma das estrelas está em rotação ao redor do centro da galáxia, mas suas órbitas estão contidas em um mesmo plano e, portanto, elas nunca se afastam muito desse plano.

Já em uma galáxia elíptica, as órbitas das estrelas não estão em um mesmo plano, muito pelo contrário. Cada uma das estrelas desses objetos também está em rotação ao redor do centro, mas os planos das órbitas são distribuídos de forma aleatória. Por isso vemos essas galáxias com uma forma esferoidal. A relação entre a distribuição dos planos das órbitas e a forma da galáxia (elíptica ou forma de disco) é ilustrada na figura 3.

É interessante notar que, apesar de uma boa parte das estrelas de uma galáxia espiral estar em órbitas aproximadamente coplanares “confinadas” no disco, essas galáxias, normalmente, também possuem outras estruturas, como uma protuberância central (visível na figura 1), que chamamos de bojo, e o halo estelar, que é uma componente bem tênue que “envolve” a galáxia. As estrelas do bojo e do halo não possuem órbitas em um mesmo plano e, portanto, essas estruturas possuem forma esferoidal, assim como as galáxias elípticas.

Finalmente, galáxias irregulares são aquelas que, como o próprio nome diz, não possuem uma forma muito bem definida e podem apresentar as mais diversas configurações. Normalmente, esses objetos são sistemas perturbados.

E como se formam as galáxias elípticas e espirais?

Uma maneira de entender a formação desses dois tipos de galáxias é ilustrada na figura 4. Tudo começa com minúsculas flutuações de densidade no Universo muito, muito jovem. Conforme o Universo expande, a amplitude dessas flutuações fica cada vez maior. Finalmente, a gravidade vence e ocorre o colapso do que chamamos de halo de matéria escura. Gás quente é atraído gravitacionalmente para esses halos e esfria, formando estrelas. Se o resultado será uma galáxia elíptica ou uma espiral dependerá de quanta rotação e gás o halo tem, e se ocorrem ou não fusões com outras galáxias. Para saber um pouco mais sobre formação de galáxias, veja o livrinho “The Universe in My Pocket n° 23”, disponível em www.tuimp.org/pt/booklet/23.