Astrônomos descobrem um enxame de galáxias orbitando uma galáxia hiper-luminosa

Astrônomos descobrem um enxame de galáxias orbitando uma galáxia hiper-luminosa

A galáxia massiva e hiper-luminosa W0410-0913 e seus arredores, vistos 12 bilhões de anos atrás. O zoom em W0410-0913 mostra um mapa da velocidade do gás na galáxia, mais especificamente o gás monóxido de carbono: cores azuis significam gás vindo em nossa direção, enquanto vermelho significa se afastando de nós. Em outras palavras, a galáxia está girando. Crédito: M Ginolfi & G Jones / VLT / ESO

Usando o Very Large Telescope e o radiotelescópio ALMA no Chile, uma equipe de astrônomos, incluindo pesquisadores do Instituto Niels Bohr, descobriu um enxame de galáxias orbitando os arredores de uma galáxia hiperluminosa e vigorosamente formadora de estrelas no início do universo. A observação fornece pistas importantes sobre como as galáxias excepcionalmente brilhantes crescem e como elas evoluem para quasares energéticos, irradiando luz na maior parte do universo observável.

Uma questão fundamental em astronomia é a questão de como galáxias formar, crescer e evoluir.

Como parte de sua evolução, a maioria das galáxias parece promover um buraco negro supermassivo em seu centro. Esses monstros gravitacionais ocasionalmente engolem gás e estrelas próximas, expelindo excesso de energia como jatos poderosos, um fenômeno conhecido como quasar.

Da galáxia ao quasar

Muitos detalhes sobre a transição de galáxias “normais” para quasares ainda são desconhecidos. Mas em um novo estudo publicado em Comunicações da Naturezauma equipe de astrônomos liderada por Michele Ginolfi no ESO, Garching, pode ter chegado mais perto de entender essa evolução.

“Antes de evoluir para um quasar completo, acredita-se que algumas galáxias passam por uma fase muito empoeirada e muito ‘ativas’ em termos de formação de estrelas e acreção de gás em seu núcleo, buracos negros supermassivos“, explica Ginolfi. “Nós nos propusemos a projetar um experimento para aprender mais sobre esta fase de transição.”

Ginolfi e seus colaboradores se concentraram em uma galáxia já conhecida, W0410-0913, uma das galáxias mais brilhantes, massivas e ricas em gás do universo distante, vistas 12 bilhões de anos atrás.

A poeira é aquecida pela energia da luz das estrelas e do buraco negro central, fazendo-a brilhar e divulgando a galáxia através de sua luz infravermelha. Isso levou a que esse tipo de galáxias fosse chamado de galáxias obscurecidas por poeira quente (também conhecidas coloquialmente como “cachorros-quentes”).

Astrônomos descobrem um enxame de galáxias orbitando uma galáxia hiper-luminosa

O instrumento MUSE. Crédito: ESO / Eric Le Roux

Galáxia em 3D

Como a evolução das galáxias está inerentemente conectada com seus arredores, Ginolfi e sua equipe – cujo núcleo consistia atipicamente principalmente em pesquisadores em início de carreira – decidiram observar W0410-0913 com o instrumento “MUSE” no Very Large Telescope (VLT) no Chile. . Essa ferramenta avançada permitiu que eles estudassem uma região 40 vezes mais ampla que a própria galáxia.

Peter Laursen, do Cosmic Dawn Center, em Copenhague, participou do estudo. Ele explica: “As observações revelaram que W0410-0913 está cercado por um enxame de nada menos que 24 galáxias menores. O legal do instrumento MUSE é que podemos medir não apenas sua posição no céu, mas também sua distância ao longo do nosso linha de visão. Em outras palavras, podemos medir suas posições 3D.”

Embora isso implique que W0410-0913 resida em uma região pelo menos dez vezes mais densa que o universo médio, isso não é totalmente inesperado, uma vez que se acredita que os cachorros-quentes vivam em ambientes densos.

Um acidente de carro galáctico

Além disso, enquanto W0410-0913 é visto em uma época em que o universo tinha 1/8 de sua idade atual, já é dez vezes mais massivo que nossa própria galáxia, a Via Láctea. Crescer uma galáxia tão grande em tão pouco tempo e alimentar um buraco negro supermassivo requer um suprimento substancial de material fresco. Tudo isso se encaixa bem com a imagem convencional de que galáxias massivas crescem acumulando gás e galáxias satélites, atraídas do espaço intergaláctico por sua imensa gravidade.

De fato, em um ambiente tão denso, espera-se que a taxa de interações e fusão de galáxias seja muito alta. Expostos a tal bombardeio, os astrônomos previram que W0410-0913 seria um acidente de carro de aglomerados de gás e estrelas girando caoticamente.

No entanto, cavando em observações antigas obtidas pelas antenas de rádio ALMA localizadas a apenas 300 km a nordeste do VLT, Ginolfi e seus colegas conseguiram medir o movimento interno do gás dentro do W0410-0913.

E aqui surgiu uma imagem completamente diferente.

Astrônomos descobrem um enxame de galáxias orbitando uma galáxia hiper-luminosa

Galáxias em 3D: Uma visão estereográfica tridimensional da imagem mostrada no início deste artigo: Se você cruzar os olhos e focar na esfera azul, que ilustra a galáxia W0410-0913, você deve conseguir ter uma ideia ​​a posição 3D de todas as outras galáxias (pode demorar um pouco para ajustar). Os quadrados no plano traseiro são 200.000 anos-luz de cada lado. A distância ao longo da linha de visão foi estimada usando a linha espectral alfa do hidrogênio Lyman, mas é incerta devido ao efeito indeterminado no movimento das galáxias satélites por W0410-0913. Crédito: Peter Laursen

Jogando pedrinhas em uma vidraça

Surpreendentemente, as observações do ALMA revelaram que W0410-0913 parece não ter sido perturbado por interações com galáxias companheiras.De acordo com as observações, o gás gira bem e ordenadamente em torno do buraco negro central. Ordenado, mas surpreendentemente rápido, com velocidades que chegam a 500 km/s.

“Acoplando os resultados dos dois telescópios muito diferentes, vemos uma imagem de como as galáxias mais massivas e empoeiradas podem evoluir. Este tipo de galáxias, um estágio vital na transição de uma galáxia empoeirada e formadora de estrelas para um quasar, crescer em ambientes muito densos”, diz Ginolfi. “No entanto, apesar da esperada fusão frequente com outras galáxias, essas interações gravitacionais não são necessariamente destrutivas – elas alimentam a galáxia central e giram um pouco o gás, mas o deixam praticamente intacto. vidro: você pode arranhá-lo, mas não vai quebrá-lo…”

As observações de Michele Ginolfi oferecem as primeiras pistas sobre o processo multiescala que impulsiona a evolução da população rara e extrema de galáxias obscurecidas por poeira quente. Eles crescem em habitats densos e especiais, mas a interação com seus companheiros pode ser suave.

Como parábola para esse acidente de carro galáctico, o estudo quase não foi realizado, quando Michele Ginolfi ficou preso em um engarrafamento no trânsito de Roma, tendo que apresentar a proposta pelo telefone do carro, minutos antes do prazo.


Buracos negros supermassivos dentro de galáxias moribundas detectados no início do universo


Em formação:
M. Ginolfi et al, Detecção de galáxias companheiras em torno da galáxia hiper-luminosa escurecida pela poeira quente W0410-0913, Comunicações da Natureza (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32297-x

Fornecido por
Instituto Niels Bohr


citação: Astrônomos descobrem um enxame de galáxias orbitando uma galáxia hiper-luminosa (2022, 12 de setembro) recuperada em 13 de setembro de 2022 em https://phys.org/news/2022-09-astronomers-swarm-galaxies-orbiting-hyper-luminoso. html

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