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COLISÕES E FUSÕES DE
GALÁXIAS
A separação entre galáxias é usualmente não muito grande
comparada ao tamanho médio de cada galáxia (<= 5x o
tamanho de uma galáxia) e colisões são mais frequentes do
que se imaginava. A galáxia “Cartwheel”
(d=150Mpc) resultante de
uma colisão com outra
galáxia (provavelmente
alguma das duas galáxias à
direita na fotografia)
COLISÕES DE GALÁXIAS
O anel é provalmente
uma onda de densidade
gerada pela passagem
de uma galáxia menor
pelo disco da Cartwheel
Encontro entre duas espirais NGC 2207 e IC 2163 (há ~ 40
milhões de anos atrás):
a) Originou episódios (burts) de formação estelar
b) Galáxia menor (IC 2163) parece estar circulando no
sentido anti-horário ao redor da maior (NGC 2207)
Deverão fusionar em
alguns bilhões de anos e
se transformar em uma
única galáxia massiva
Simulações de colisões e fusões de galáxias:
a. Modelamento detalhado das interações
gravitacionais entre estrelas e gás;
b. Modelos de dinâmica do gás
Compreensão dos efeitos e
resultados de uma colisão
As galáxias Antena colidiram recentemente (dezenas de
milhões de anos atrás) dando origem a caudas longas por
efeito de maré (enquanto as duas galáxias se aproximavam).
“super star clusters” são resultados das ondas de
choque produzidas nos discos das duas galáxias
simulação do choque entre duas galáxias espirais
Pequenos grupos: galáxias se movem mais
lentamente galáxias tendem a se fusionar
como mostrado nos dois últimos exemplos.
Grandes grupos: galáxias se movem mais
rápido, tendendo a passar uma pela outra, mas
sem se fundir necessariamente.
Mas ambas implicam em inúmeros efeitos nas
galáxias que interagiram (ex. starbursts,
destruição do disco, etc)
Andrômeda se aproxima da Via Láctea com uma
velocidade de 120 km/s possível colisão!
ps. estrelas são improváveis de colidir durante uma colisão
entre galáxias: distância entre estrelas muito maiores que os
seus respectivos tamanhos!
EVOLUÇÃO E FORMAÇÃO DE GALÁXIAS
Sementes de formação de galáxias: 500.000
após o big-bang formação das flutuações de
densidade.
Bolhas de gás pregalácticas
Fragmentos de alguns milhões de M
(comparáveis às massas de galáxias anãs)
(a) Galáxias formaram-se de fusões sucessivas de pequenos
objetos (galáxias menores ou aglomerados de estrelas).
CENÁRIO HIERÁRQUICO
(b) Objetos mais azulados e irregulares a maior redshift (5 Gpc de
distância). Massas poucos % da massa da galáxia. Irregulares:
fusões. Azuis: formação de estrelas.
(c) Grandes aglomerados de estrelas: esferoidais distorcidos com ~
bilhões de estrelas e ~ kpc de extensão. Região de ~1 Mpc de
distância = 5 Gpc. PRECURSORES DE GALÁXIAS. Vistos como eram a 10
Ganos atrás.
Estudando como as
propriedades das galáxias
variam com a distância:
ou melhor look-back time
ou redshift
História de formação e
fusões de galáxias no
universo
Ho=70 km/s/Mpc
Look back time = quando
os objetos emitiram a luz
que observamos agora
Objetos estavam mais
próximos quando
emitiram a luz que
observamos hoje.
Hubble Deep Field mostra
que as galáxias mais
distantes são irregulares
e menores : apoia a teoria
de formação de galáxia
por fusões de objetos
menores e irregulares.
Evolução normal de galáxias isoladas
Evolução das estrelas que as compõe
Elípticas: ficam mais fracas e mais avermelhadas pois
não há mais gás suficiente para formar estrelas e as
estrelas mais massivas vão evoluindo e desaparecendo.
Espirais e irregulares: ricas em gás, coloração
azulada devido à formação estelar recente
Mas... Maioria das galáxias não são isoladas
possibilidade de interações
Interações podem:
(a) refazer a estrutura interna na galáxia
(b) comprimir o gás interestelar bursts intensos
de formação de estrelas
(c) levar mais gás a região central que contém o
buraco negro intensa atividade no núcleo da
galáxia
GALÁXIAS STARBURSTS
Starbursts e atividades nucleares são indicadores de
interações e fusões entre galáxias.
Maior parte dos encontros ocorreram a z > 1 quando os
aglomerados eram mais compactos e colisões mais
frequentes.
Halos escuros que envolvem as galáxias tem
papel importante nas interações entre galáxias
Galáxias são maiores do que aparentam,
fazendo fusões e interações mais prováveis.
Galáxias Starburst:
(a) colisão entre galáxias
(b) Interações entre galáxias
(c) bolhas azuis = aglomerados
globulares jovens resultantes
da colisão entre galáxias
TIPOS DE FUSÕES
CANIBALISMO: uma galáxia de muito menor massa
interage com outra galáxia: a menor espirala ao redor da
maior e se desfaz perto da região central da mais massiva.
Explica como galáxias elípticas
supermassivas se encontram no centro de
aglomerados ricos
Colisões entre galáxias de diferentes massas
Processo de fusão de
galáxias em uma só.
Z = 1.8
TIPOS DE FUSÕES
A Via Láctea também contém estrelas no seu halo que
aparentam ter sido capturadas de pequenas galáxias
satélites (galáxia anã Sagitário e as Nuvens).
Simulação que mostra como uma galáxia menos
massiva pode transformar uma elíptica mais
massiva em espiral
M51 e sua companheira?
Colisão entre galáxias de massas comparáveis
Destruição do disco de uma espiral
galáxia elíptica
Ex.
Colisões e encontros são eventos randômicos não
representam uma conexão genuína de evolução
entre as galáxias de diferentes tipos de Hubble.
Simulações mostram que os tipos de Hubble podem se
originar de um universo populado somente por
fragmentos irregulares ricos em gás.
Fusões com galáxias de
maior massa : destrói
disco.
Fusões com galáxias de
diferentes massas (no caso
uma espiral e uma anã)
pode resultar numa espiral
maior (canibalismo).
Fusões menores podem
conservar o tipo de Hubble
da galáxia mais massiva
(modo mais provável de
crescimento de uma espiral).
Evidências destes cenários:
espirais são raras nas regiões
de alta densidade de galáxias:
discos são estruturas frágeis.
Espirais são mais comuns a
altos redshifts e decrescem em
número com o tempo.
Mas...e a existência de um
grande número de galáxias
elípticas em regiões de baixa
densidade?
Como quasares e as outras galáxias ativas entram
no cenário de evolução e formação de galáxias?
Quasares só são observados a distâncias
cosmológicas ( z = 2 a 6,4) e representam o
estágio inicial da formação de uma galáxia.
O mecanismo de geração de energia:
buraco negro central
Tempo de vida relativamente curto:
alguns milhões de anos
Através de observações em
rádio (21 cm) mostra que
existe no centro numa região
de 0.2 pc uma massa de 40
milhões de M
.
BURACOS NEGROS EM GALÁXIAS
Todas as galáxias contém buracos negros
supermassivos em seu centro!
A massa do buraco negro central está
correlacionada à massa do bojo central.
De onde vem esses buranos negros supermassivos?
A acreção responsável pela emissão de energia
de um quasar parece também dar conta da
massa do BN alimenta o BN
Os quasares mais brilhantes devoram ~1000 M
por ano sua fase mais brilhante dura alguns
milhões de anos quasares são eventos breves
na vida de uma galáxia em formação.
BNs supermassivos vem da acreção de BNs de
dezenas a centenas de M
(formados pela evolução
de estrelas de pop III).
Essas imagens no visível e em
raios-X mostram dois buracos
negros supermassivos orbitando
um ao redor do outro a uma
distância de 1
Espera-se que ocorra uma fusão
em ~ 400 milhões de anos.
BNs fusionam quando as suas galáxias hospedeiras fusionam
Existe uma galáxia que hospeda o quasar?
Quasares são mostrados com suas galáxias
hospedeiras; muitos parecem estar envolvidos
em colisões.
O final da época dos quasares ~ 10 bilhões de anos
atrás: a taxa de fusões vão decaindo sistemas
passam cada vez menos tempo na fase quasar.
Os BNs supermassivos não desaparecem! O
combustível de matéria que alimenta o BN central
diminui o output de energia diminui.
Diferença entre galáxia ativa e normal:
a quantidade de matéria que forma o disco
de acreção que alimenta o BN.
Ocasionalmente galáxias podem se fundir e dar
origem a uma nova atividade energética no núcleo
de galáxias Rádio-galáxias, Seyferts observadas
mais próximas.
CONEXÃO EVOLUTIVA ENTRE GALÁXIAS ATIVAS E NORMAIS
TALVEZ A NOSSA GALÁXIA TENHA SIDO NO SEU PASSADO UM
BRILHANTE QUASAR