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Universidade Federal do ABCJessica Gonçalves de Sousa
E-mail: [email protected]
Ensino de Astronomia UFABCAula:Galáxias II
A maioria das galáxias se formaram cedo, mas dados do telescópio Galaxy Explorer (Galex), da NASA, indicam que
algumas galáxias se formaram recentemente ao longo dos últimos bilhões de anos.
Formação das Galáxias
As duas suposições bases para a maioria das teorias que são feitas a respeito são:
- Ele (universo) estava repleto de hidrogênio e hélio
- Algumas áreas eram ligeiramente mais densas que outras.
Formação das Galáxias
Os astrônomos acreditam que as áreas mais densas desaceleraram a expansão ligeiramente, permitindo que os
gases se acumulassem em pequenas nuvens protogalácticas.
Formação das Galáxias
Nessas nuvens, eram formadas as estrelas devido ao colapso entre gás e poeira.
Formação das Galáxias
A medida que se contraíam, formavam discos giratórios, que por sua vez atraíam mais gases e poeira com a força da
gravidade e com isso os discos galácticos se formaram, e dentro deles eram criados mais estrelas.
Formação das Galáxias
https://www.youtube.com/watch?v=y29RqyYdknw
O esquema de Hubble consiste de três sequências principais de classificação: elípticas, espirais e espirais barradas. Nesse
esquema, as galáxias irregulares formam uma quarta classe de objetos.
Sequência de Hubble
a núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados
b núcleo e braços intermediários
c núcleo menor, braços grandes e mais abertos
As galáxias espirais, quando vistas de frente, apresentam uma clara estrutura espiral. Andrômeda (M31) e a nossa própria Galáxia são espirais típicas. Elas possuem um núcleo, um disco, um halo, e braços espirais. As galáxias espirais apresentam diferenças entre si principalmente quanto ao
tamanho do núcleo e ao grau de desenvolvimento dos braços espirais. Assim, elas são subdivididas nas categorias Sa, Sb e Sc, Sd
(Vaucouleurs), de acordo com o grau de desenvolvimento e enrolamento dos braços espirais e com o tamanho do núcleo comparado com o do
disco.
Galáxias Espirais
Existem algumas galáxias que têm núcleo, disco e halo, mas não têm traços de estrutura espiral. Hubble classificou essas galáxias como S0, e
elas são às vezes chamadas lenticulares. As galáxias espirais e lenticulares juntas formam o conjunto das galáxias discoidais.
Galáxias Lenticulares
Mais ou menos metade de todas as galáxias discoidais apresentam uma estrutura em forma de barra atravessando o núcleo. Elas são chamadas
barradas e, na classificação de Hubble elas são identificadas pelas iniciais SB. As galáxias barradas também se subdividem nas categoria SB0, SBa,
SBb, e SBc. Nas espirais barradas, os braços normalmente partem das extremidades da barra.
Galáxias Espirais Barradas
O fenômeno de formação da barra ainda não é bem compreendido, mas acredita-se que a barra seja a resposta do sistema a um tipo de
perturbação gravitacional periódica (como uma galáxia companheira), ou simplesmente a consequência de uma assimetria na distribuição de massa
no disco da galáxia. Alguns astrônomos também acreditam que a barra seja pelo menos em parte responsável pela formação da estrutura espiral,
assim como por outros fenômenos evolutivos em galáxias.
Galáxias Espirais Barradas
As galáxias elípticas apresentam forma esférica ou elipsoidal, e não têm estrutura espiral. Têm pouco gás, pouca poeira e poucas estrelas
jovens. Elas se parecem ao núcleo e halo das galáxias espirais.As galáxias elípticas variam muito de tamanho, desde super-gigantes até
anãs. As maiores elípticas têm diâmetros de milhões de anos-luz, ao passo que as menores têm somente poucos milhares de anos-luz em diâmetro.
Galáxias Elípticas
Hubble subdividiu as elípticas em classes de E0 a E7, de acordo com o seu grau de achatamento. Imagine-se olhando um prato circular de frente:
essa é a aparência de uma galáxia E0. Agora vá inclinando o prato de forma que ele pareça cada vez mais elíptico e menos circular, esse
achatamento gradativo representa a sequência de E0 a E7.
Galáxias Elípticas
Hubble classificou como galáxias irregulares aquelas que eram privadas de qualquer simetria circular ou rotacional, apresentando uma estrutura caótica ou irregular. Muitas irregulares parecem estar sofrendo atividade de
formação estelar relativamente intensa, sua aparência sendo dominada por estrelas jovens brilhantes e nuvens de gás ionizado distribuídas
irregularmente. Ha existência de um disco de gás similar ao das galáxias espirais e elas também lembram as espirais no seu conteúdo estelar, que
inclui estrelas de população I e II (jovens e velhas)
Galáxias Irregulares
Grande Nuvem de Magalhães e Pequena Nuvem de Magalhães
Principais Características
As galáxias diferem bastante entre si, mas a grande maioria têm formas mais ou menos regulares quando observadas em projeção contra o céu, e
se enquadram em duas classes gerais: espirais e elípticas. Algumas galáxias não têm forma definida, e são chamadas irregulares. Atualmente
se sabe que as galáxias nascem nas regiões de maior condensação da matéria escura. A distribuição destas condensações é aleatória.
Há dois fatores neste processo que podem ser responsáveis pelas diferenças entre as galáxias elípticas e as galáxias espirais.
Formação das Galáxias
O primeiro fator é o momento angular (quantidade de momento giratório) – as nuvens protogalácticas com maior momento angular podiam girar
mais rápido e formar discos espirais. Em galáxias espirais existe mais gás e estrelas de todas as idades e metalicidades (as mais jovens tendo
metalicidades mais altas) incluindo a formação estelar atual.
Formação das Galáxias
As galáxias espirais têm diâmetros que variam de 20 mil anos-luz até mais de 100 mil anos-luz. Estima-se que suas massas variam de 10
bilhões a 10 trilhões de vezes a massa do Sol. Nossa Galáxia e M31 são ambas espirais grandes e massivas.
Formação das Galáxias
As nuvens com rotação mais lenta podem ter formado as galáxias elípticas.
As galáxias elípticas tem predominantemente estrelas velhas e de baixa metalicidade e pouco gás.
Formação das Galáxias
O segundo fator é o resfriamento, nuvens de alta densidade se resfriavam mais rápido, consumindo todo o gás e poeira na
formação de estrelas, assim não sobrando matéria para um disco galáctico, por isso que as galáxias elípticas não possuem discos.
Formação das Galáxias
Nos últimos 20 anos o uso de telescópios modernos, têm fornecido vários vínculos observacionais para o estudo da
evolução das galáxias. Observando galáxias remotas, os astrônomos constataram que
no passado havia um grande número de galáxias pequenas, irregulares e com uma taxa muito alta de formação estelar, que não existem no universo atual, sugerindo que elas se fundiram
posteriormente dando origem a galáxias maiores.
Evolução das Galáxias
A distância que separam as galáxias parecem imensa, porém os diâmetros das galáxias são igualmente grandes.
Evolução das Galáxias
Uma equipe de astrônomos utilizaram um instrumento específico no telescópio Very Large Telescope, mostrando como há uma forte influência que o meio exerce sobre a
evolução das galáxias.
Evolução das Galáxias
Comparadas às estrelas, às galáxias ficam relativamente perto uma das outras, podem interagir... E em que isso afeta a
evolução das galáxias?
Evolução das Galáxias
As galáxias podem colidir. Quando colidem, elas na verdade se atravessam mutuamente – as estrelas que elas contêm não se
chocam.
Evolução das Galáxias
●Fusões de galáxiasNo caso da Via
Lácteaisto está acontecendo
com as Nuvens deMagalhães.
Elas já tiveram várias
passagens pelo DiscoGaláctico, e estarão
encorporadasna nossa Galáxia
em uns 14 bi. anos
Evolução das Galáxias
Em cor de rosa: a corrente magellanica, gás que foiarrancado das Nuvens de Magalhães nas passagenspelo disco.
As estrelas não se chocam devido as imensas distâncias interestelares que existem.
Porém apenas as estrelas saem íntegras dessa colisão, pois as galáxias tendem a mudar de forma.
Evolução das Galáxias
Os modelos computacionais mostram que colisões entre galáxias espirais tendem a resultar em galáxias elípticas. Assim indicando que colisões em que se resultam em forma de espiral
provavelmente não passaram por colisão.
Evolução das Galáxias
O que pode resultar das colisões: - novas ondas de formação de estrelas
- supernovas; - Colapsos estelares que formam os buracos negros, ou buracos
negros supermassivos em galáxias ativas.
Evolução das Galáxias
- Fusões e canibalismo: Fusões acontece entre galáxias de tamanhos semelhantes.
Canibalismo acontece entre galáxias de tamanhos diferentes.
Evolução das Galáxias
Modelo hierárquico de fusõesÉ o modelo mais aceito hoje. As estruturas menores se formam primeiro, e depois fusionam para formar as estruturas maiores,
“de baixo pra cima”.
Evolução das Galáxias
Buracos Negros BináriosNas fusões de grandes galáxias há a formação de um Buraco
Negro Supermaciço Binário
Evolução das Galáxias
O Buraco Negro binário em NGC 6240 nos raios X (Chandra)
Buracos Negros Binários Quando chegam muito perto, se orbitam emitindo ondas
gravitacionais, assim espiralando ainda mais para o centro de massa.
Evolução das Galáxias
Buracos Negros Binários Ao fim, os dois se fundem resultando em um Buraco Negro
ainda maior. Há hipóteses que os Buracos Negros centrais de galáxias gigantes se formaram assim.
Evolução das Galáxias
As galáxias não se distribuem aleatoriamente ao longo do universo, elas tendem a existir em aglomerados galácticos. As galáxias nesses aglomerados se mantêm unidas pela gravitação
e matéria escura.
Distribuição das Galáxias
Aglomerados pobres: contêm menos de mil galáxias. A Via Láctea e a galáxia Andrômeda (M31) fazem parte de um
grupo chamado Grupo Local, que contêm entre 35 e 50 galáxias.
Distribuição das Galáxias
O Grupo Local, é onde está localizada nossa galáxia. O centro gravitacional se localiza entre a Via Láctea e Andrômeda. As galáxias do
Grupo local cobrem uns 10 milhões de anos-luz de diâmetro e tem aparência binária.
Distribuição das Galáxias
Aglomerados ricos: contêm mil ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por exemplo,inclui mais de 2,5
mil galáxia.
Distribuição das Galáxias
Os astrônomos Margaret Geller e Emilio E. Falco descobriram que as galáxias e aglomerados galácticos não se distribuem de maneira
aleatória, mas se agrupam em paredes (longos filamentos) entremeados “vazios”, o que faz com que o universo se assemelhe a
uma teia de aranha.
Distribuição das Galáxias
Quasares: Distantes, têm as mais altas luminosidades, que dominam a luminosidade da galáxia; com os telescópios mais antigos, não se observava a galáxia, só o núcleo brilhante; hoje sabemos que são núcleos ativos de galáxias com alta taxa de acreção; Telescópio Espacial mostrou a galáxia em tornoRádio-galáxias: galáxias ativas muito luminosas em rádio (jatos de partículas relativísticas); são raras, habitam galáxias elípticas (fusão de galáxias); Ex. : Centaurus A.Galáxias Seyfert: galáxias mais próximas, cujo espectro nuclear é semelhante aos dos Quasares, mas menos luminoso; observa-se a galáxia “hospedeira” com facilidade.Objetos BL Lac: galáxias ativas (rádio-galáxias na sua maioria) observadas ao longo do jato: efeitos de amplificação relativísticos fazem que o espectro seja dominado pelo espectro do jato.LINERs: galáxias com atividade nuclear fraca; quase 50% das galáxias pode ter esta atividade, observação com boa resolução espectral e espacial é necessária para ver emissão “não-térmica” do núcleo
Galáxias Ativas
Mostram sinais de atividade violenta em várias partes do espectro. Essa atividade é causada por seus núcleos chamados AGNs (Energia dos Núcleos
Ativos de Galáxias).
Galáxias Ativas
Elas vêm em uma variedade de formas e “cores”, mas podem ser descritas por um modelo unificado que afirma que a
atividade é devido a um Buraco Negro Supermaciço no núcleo.
Galáxias Ativas
• A energia dos AGNs vem da acreção de matéria ao Buraco Negrocentral: transformação de energia potencial gravitacional em energia
radiativa + cinética dos jatos• A acreção se dá através de um “disco de acreção”, que se forma
para conservação do momentum angular
Galáxias Ativas
Modelo Unificado para os AGNs
Galáxias Ativas
O toro de poeira:(concepção artística)
Galáxias Seyfert São na maioria espirais, compõem poucos % de todas as galáxias, e são frequentemente acompanhadas por outras
galáxias. Elas têm núcleos brilhantes
Galáxias Ativas
Galáxias Seyfert Circinus
Tem “starburst”(região de intensaformação estelar)em torno donúcleo. Gás sendoexpelido dagaláxia a partir deventos das estrelase possivelmente dodisco de acreção.
Galáxias Ativas
Radio-galáxias Observadas diretamente, geralmente têm a aparência de uma galáxia
elíptica grande, mas quando observadas em rádio, normalmente apresentam uma estrutura dupla com dois lóbulos emissores localizados um em cada lado da galáxia. Também há presença de um jato de matéria saindo de uma fonte central em seu núcleo, possivelmente de partículas
carregadas se movendo em um campo magnético.
Galáxias Ativas
Centauro A, localizada na constelação do Centauro, é uma das radiogaláxias mais estudadas.
QuasaresUm quasar (quasi-stellar radio source, ou fonte de rádio quase estelar) é
um objeto astronômico distante e poderosamente energético com um núcleo galáctico ativo, de tamanho maior que uma estrela, porém menor do que o mínimo para ser considerados uma galáxia. Um único quasar
emite entre 100 e 1000 vezes mais luz que uma galáxia inteira com cem bilhões de estrelas.
Galáxias Ativas
Blazares O blazar é um corpo celeste que apresenta uma fonte de energia
muito compacta e altamente variável, associada a um buraco negro supermassivo do centro de uma galáxia ativa. Mais de
10000 blazares já foram catalogados.
Galáxias Ativas
Galáxia Starbust Podem gerar 100 ou mais estrelas ao ano, normalmente em consequência de
uma colisão com outra galáxia. Utilizam todos seus gases e poeira em cerca de 100 milhões de anos, período curto comparado a duração de bilhões de anos da
maioria das galáxias. Astrônomos acreditam que elas representam uma fase curta na maneira pela qual as galáxias mudam e evoluem, talvez o estágio
preliminar de uma galáxia ativa.
Galáxias Ativas
Observação de órbita completa de estrela (S2) em torno de Sgr A*: BN com 2x10^6 MSol
(Genzel et al. Out. 2002)
Buracos Negros
Imagem do núcleo da Via Láctea observada com satélite Chandra de raios-X: emissões de energia produzidas por
acreção de matéria ao BN supermassivo.
Buracos Negros
Resultado de observações com o Telescópio Espacial
Hubble: osBNs
supermassivos é proporcional à
massa do bojo da galáxia
Buracos Negros
Como pode ocorrero crescimento dobojo junto com o
do BN:
Época da formação dos BNs supermassivos: junto comas galáxias, quando o Universo tinha uns 2 bilhões de anos deidade (idade atual 13 bilhões de anos). Quasares (observadosmuito longe, e portanto no passado) são os BN supermassivos
em formação: grandes quantidades de energia emitida pelacaptura de matéria pelo BN.
Buracos Negros
Consequências da presença de um BN no centro deuma galáxia, uma vez que todas parecem ter um:
Quando uma estrela chegar auma distância menor do que oraio de maré rT serádestruída, sendo parte damatéria capturada formandoum disco ou anel que ficaorbitando o BN até ser engolidapor ele (Rees 1988).• Para a densidade típica deestrelas no centro das galáxias,frequência destes eventos é de 1a cada 10.000 anos
Buracos Negros
O caso de NGC 1097: estou com sorte?O caso de NGC 1097: estou com sorte?
“ “Numa observação em 1991 da galáxia NGC1097 (ao fundo),Numa observação em 1991 da galáxia NGC1097 (ao fundo),que está a 50 milhões de anos luz de distância detectei “porque está a 50 milhões de anos luz de distância detectei “poracaso” o disco de acreção que pode ter sido formado pelosacaso” o disco de acreção que pode ter sido formado pelosrestos de uma estrela capturada pelo buraco negro central.restos de uma estrela capturada pelo buraco negro central.
Próximo episódio talvez só daqui a 10 000 anos!Próximo episódio talvez só daqui a 10 000 anos!
Nas revistas de divulgação científica saiu: cientista capturaNas revistas de divulgação científica saiu: cientista captura““gritos de despedida” de uma estrela sendo engolida por umgritos de despedida” de uma estrela sendo engolida por um
buraco negro supermassivo!”buraco negro supermassivo!”
-Thaísa Storchi-Bergmann-Thaísa Storchi-Bergmann
Buracos Negros
Observação:Não dá para resolver
disco de acresçãoespacialmente, mas
no espaço develocidades: Perfil dalinha de emissão Hαdo H largo e de duplo
pico.
Interpretação:Disco de gás girando
a alta velocidade(~10000 km/s)
Buracos Negros
Observações recentes com o Gemini: sugerem que disco de acreçãoestá também sendo alimentado por braços espirais nucleares:
Buracos Negros
Conclusão
• Quasares, rádio-galáxias, galáxias ativas em geral: fase na vida de umagaláxia, em que um BN central está “engolindo” matéria;
• Atividade mais intensa maior taxa de acreção de matéria;
• BNs supermassivos presentes em toda as galáxias, crescedo junto comelas; na maior parte do tempo estão quietos, pois estão sem “combustível”;
• Combustível pode ser: matéra que flui para dentro de alguma forma, porexemplo interações entre galáxias; uma estrela que passa perto do BN; gásque “escorre” para o centro ao longo de braços espirais, dando origem aum disco de acreção;
Buracos Negros
Implicações da existência de BNs para nós:
(1) podem ser danosos se formarem-se muito perto, pela explosão de umasupernova, por exemplo;
(2) mas poderiam ser úteis se conseguíssemos “domesticá-los”: fornecemenergia de forma muito eficiente, a partir de qualquer coisa que jogarmos
lá dentro;
Buracos Negros
• Implicações para o Universo:
No futuro as estrelas vão evoluir e esgotar sua fonte de energia, o Universovai se tornar um lugar frio e escuro, onde as últimas estruturas que vão
sobreviver serão os BNs supermassivos....
Buracos Negros
Questionário1-) A sequência de Hubble consistia em categorizar essencialmente três tipos de galáxias, sendo elas:a-) Espirais barradas, irregulares e elípticasb-) Elípticas, espirais e espirais barradasc-) Espirais, elípticas e discoidaisd-) Espirais, elípticas esféricas e elípticas elipsoidal.
2-) Existem dois fatores que podem ser responsáveis pelas diferenças entre as galáxias elípticas e as galáxias espirais, esses fatores são:a-) Condensação de matéria escura e momento angular.b-) Quantidade de movimento giratório e formação de galáxias ativas. c-) Momento angular e o resfriamento.d-) Momento linear e o resfriamento
3-) Edwin Hubble elaborou um dos primeiros e mais simples esquema de classificação de galáxias, para isso ele as subdividiu em categorias, sendo elas “E0-E7”; “Sa, Sb e Sc”; “So”; “SBa, Sbb e Sbc”, assinale a alternativa que contém, respectivamente, os nomes dos tipos de galáxias que representam cada uma dessas categorias.a-) Elípticas, espirais, lenticulares e espirais barradas.b-) Elípticas, espirais barradas, lenticulares e espirais.c-) Elípticas, espirais, lenticulares e irregulares.d-) Elípticas. Espirais, irregulares e espirais barradas.
4-) Vimos nessa aula que as Galáxias Ativas são galáxias que possuem atividade violenta em várias partes do espectro, essa atividade é causada por seu núcleo (AGNs) e a energia dessa atividade vem da acreção de matéria do Buraco Negro central da galáxia. Assinale a alternativa que contenha apenas nomes de tipos de Galáxias Ativas.a-) Quasares, Blazares, Rádio-galáxias, Seyfertb-) Blazares, quasi-galáxias, Seyfert Circinus, AGN LINERsc-) Objetos LB LINERs, quasi-stellar, Seyfert, Blazaresd-) AGN quasi-stellar, Circinus Seyfert, Objetos BL Lac, Rádio-LINERs
Esta imagem a partir de 2009 mostra uma versão atualizada do Hubble Ultra Deep Field. O novo extremo profunda do campo pode ser considerada uma vista mais pormenorizada de uma porção
dessa imagem.(Credit: NASA; ESA; G. Illingworth, UCO/Lick Observatory and the University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, UCO/Lick Observatory and Leiden University; and the
HUDF09 Team)
Fim
Referências
[1] http://www.astro.iag.usp.br/~ronaldo/extragal/Cap1.pdf, acessado em 28/07/2015.
[2] “Ensino à Distância Cosmologia: Da origem ao fim do universo 2015”, Módulo 2, conhecendo o universo em que vivemos; ed DAED.
[3] http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/Astro.html, acessado em 28/07/2015
[4] http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/FIS02207/gal_ativas.PDF, acessado em 06/08/2015
[5] http://astro.if.ufrgs.br/galax/galax.htm, acessado em 06/08/2015.