06/11/2015

Galáxias


Depois  da formação do Big Bang: 
  • A princípio tudo está muito concentrado e muito quente. Mas nada de construído existe no Universo; apenas partículas em contínuas interacções numa espécie de sopa primordial homogénea constituída por quarks, electrões, fotões e neutrinos. Depois, os quarks aglomeram-se para formar os nucleões, isto é, os protões e os neutrões. É um meio aonde ainda não existe luz. O Universo sofre então uma expansão enorme e brutal. Depois, a temperatura diminui. Luz e matéria separam-se. Faz então frio suficiente para que os electrões se conservem em redor dos núcleos: são os primeiros átomos (os átomos mais leves formam-se 3 minutos após o Big Bang. A matéria adquire um aspecto familiar e a luz acaba por surgir, pois os electrões já não se encontram disseminados, mas agrupados em redor dos núcleos.
  • Universo com 300.000 anos - Fundo cosmológico difuso: Nesta época o Universo contém uma radiação electromagnética ultravioleta. Depois esta radiação arrefeceu, subsistindo actualmente sob a forma de um fundo cosmológico difuso que se observa no espectro de ondas milimétricas. A observação deste espectro dá uma imagem do Universo com 300.000 anos de idade. Aos 300.000 anos o Universo contém fotões (partículas de radiação electromagnética). A princípio, estes fotões colidem sem cessar com as outras partículas, o que os impede de se propagarem. O Universo ainda não é transparente; só o fica ao fim de 300.000 anos, pois a matéria, até então ionizada, torna-se electricamente neutra. É a recombinação: Os protões presentes nessa altura continuam a propagar-se até hoje. São eles o fundo cosmológico observado hoje em dia. A imagem obtida mostra um Universo muito homogéneo, com flutuações ínfimas.
  • Universo com 1.000 milhões de anos - Gás quente: Cerca de 1.000 milhões de anos mais tarde o Universo já se dilatou alguns milhares de milhões de vezes. Após a recombinação, a matéria liberta-se da radiação e forma um gás quente composto por 90% de hidrogénio e 10% de hélio. A matéria não se apresenta ainda minimamente estruturada, mas o gás dilui-se e arrefece, começando a condensar-se em algumas regiões.
  • Universo com 4.000 milhões de anos - Protogaláxias: A expansão continua. Nas regiões onde onde é ligeiramente mais densa, a matéria condensa-se sob o efeito da gravitação. Isto aumenta um pouco a densidade, e o fenómeno acelera-se: é a instabilidade gravitacional. Depois, ao longo de alguns milhões de anos formam-se gigantescas nuvens, um pouco mais densas que o meio que as rodeia, mas ainda não verdadeiramente distintas. Sob o seu próprio peso, continuam a condensar-se cada vez mais rapidamente, formando as protogaláxias, as precursoras das galáxias. A distribuição destas protogaláxias  esboça já a estrutura do Universo atual. Entre as protogaláxias subsiste um gás intergaláctico de muito fraca densidade.
  • Universo com 5.000 milhões de anos - O mundo das galáxias: O Universo continua a expandir-se. No seio das protogaláxias, há pequenas regiões que se condensam. Aí, o gás torna-se tão denso e tão quente que desencadeia reacções nucleares: Nasce uma estrela. Em cada protogaláxia nascem assim milhares de milhões de estrelas e a protogaláxia torna-se uma galáxia. A Via Láctea contém cerca de 100.000 milhões de estrelas
Quando as galáxias se formam, o Universo toma o aspecto conhecido actualmente: Semeado de galáxias de todas as dimensões e formas, que por sua vez se estruturam em aglomerados e superaglomerados. As galáxias estão separadas umas das outras por distâncias da ordem de 1 milhão de anos-luz
As primeiras galáxias a serem reconhecidas foram as que têm a forma em espiral.


Definição e interacções

Uma galáxia é uma gigantesca acumulação de estrelas, poeira e gás, cujos constituintes se mantêm unidos entre si devido a mútuas interacções gravitacionais, sendo, por vezes, o seu comportamento afectado por galáxias vizinhas.
Um dos fenómenos essenciais que ocorre nas galáxias é a formação de estrelas, pois esse factor determina, em grande medida, a evolução das próprias galáxias ao longo do tempo.
Pensa-se hoje que as galáxias nascem devido às gigantescas acumulações de gás e poeiras que ocorrem em determinadas regiões do universo, e que, as enormes pressões gravitacionais levam ao aparecimento de estrelas nessas acumulações. 
Sabe-se que a existência das galáxias apenas é possível devido a ter sido criada uma pequena assimetria nos primeiros segundos do Universo, o que, permitiu que ao longo dos milhões de anos que se seguiram, se formassem aglomerados de gás e poeiras que, depois, com o nascimento das estrelas, dessem origem às galáxias. Caso essa assimetria não tivesse ocorrido, o Universo teria evoluído de forma homogénea, sem a existência das estruturas estelares que hoje conhecemos. No entanto, as causas dessa simetria continuam um mistério.
Todas as galáxias visíveis na actualidade começaram a formar-se mais ou menos na mesma época mais que o universo.
O nascimento de estrelas nas galáxias não é um fenómeno independente.
A ideia de que as galáxias evoluem não só em aspecto, mas também em composição química, constitui a hipótese fundamental em inúmeras investigações actuais que tentam explicar as consequências que certos fenómenos, como as interacções entre galáxias vizinhas ou os seus choques, têm sobre a vida subsequente das galáxias envolvidas. O que significa que a razão para existirem diferentes tipos de galáxias deve-se ao fato de que nas espirais e irregulares (dois tipos de galáxias) ter sobrado  gás suficiente para continuar o processo de formação estelar até à época presente.
Uma diferença importante entre as galáxias elípticas e espirais é a velocidade com que ocorre a formação estelar. Pensa-se que nas elípticas foi mais rápida.
Outro factor importante é a quantidade de momentum angular (quantidade de rotação) da nuvem de gás primordial. Quanto mais momentum angular tinha inicialmente, mais achatada será a forma final da galáxia.
O espaço entre as galáxias está relativamente vazio, excepto pela presença de gás intergaláctico.
São poucas as galáxias que existem sozinhas, denominam-se por "galáxias de campo". A maioria das galáxias estão ligadas gravitacionalmente a um número de outras galáxias. Estruturas contendo até cerca de 50 galáxias denominam-se "Grupo de Galáxias; estruturas maiores, contendo até milhares de galáxias, contidas numa área de alguns megapersecs, são chamadas "Enxames". Superenxames são colecções gigantescas, contendo dezenas de milhar de galáxias, encontradas em enxames, grupos e, por vezes, individualmente.
Existe cada vez um maior consenso entre a comunidade científica de que no centro de cada galáxia há um super buraco negro (um buraco negro massivo pode ter 4 biliões de vezes a massa do Sol). Os buracos negros têm rotação própria, que é igual à da galáxia. Sendo esse o movimento que impede que a galáxia seja consumida por ele e que mantém a galáxia unida (assim como o movimento rotacional do Sistema Solar em volta do Sol, o mantém unido). No entanto, existem evidencias de que os buracos negros podem alterar ou influenciar a forma das galáxias.
A gravidade própria das galáxias não é suficiente para as manter unidas. O que provoca essa união é a matéria negra. Mas para contrabalançar essa união, e de forma que as galáxias não colidam há a energia negra, que contrabalança a energia negra unificadora da sua irmã, matéria negra.
Os enxames de galáxias encontram-se ligadas pela rede cósmica.

Evolução
Os seguidores de Pitágoras imaginaram a Via Láctea constituída por fogos. Outras escolas antigas consideravam  a Via Láctea o antigo caminho que o Sol havia percorrido, deixando marcas ardentes.
Por volta do século XVII vários astrónomos já tinham observado entre as estrelas , a presença de corpos extensos e difusos, aos quais denominaram "nebulosas".
Immanuel Kant, influenciado pelo astrónomo Thomas Wrigth, foi o primeiro a propor, por volta de 1755, que algumas nebulosas podiam ser sistemas estelares totalmente comparáveis à nossa Galáxia. Essa ideia ficou conhecida como a hipótese dos "universos-ilhas". No entanto, as especulações cosmológicas de Kant foram mal recebidas na altura, pelo que a natureza das nebulosas continuou a ser um assunto controverso.
Até 1908, cerca de 15.000 nebulosas já haviam sido catalogadas e descritas. Algumas haviam sido corretamente identificadas como aglomerados estelares, e outras como nebulosas gasosas. A maioria, porém, permanecia com natureza inexplicada. A causa maior do problema era que não se sabia a que distância se situavam, não podendo, portanto, dizer se pertencia à Via Láctea ou não.
Dois dos maiores protagonistas dessa controvérsia foram Harlow Shapley e Heber Curtis. Shapley defendia que as nebulosas espirais eram objectos da Via Láctea e Curtis defendia que eram objectos extragalácticos. Só em 1923 é que Edwin Powell Hubble proporcionou a evidência definitiva para considerar as "nebulosas espirais" como galáxias independentes.


Morfologia das Galáxias
As Galáxias dividem-se em vários tipos:
  • Galáxias espirais: são assim denominadas, pois quando vistas de "cima" apresentam uma clara estrutura em espiral, em volta de um núcleo. São constituídas por um núcleo, um disco, um halo e braços espirais. Possuem estrelas jovens e velhas, sugerindo que não se formaram a partir de outras galáxias ou de um choque entre galáxias. No núcleo existe uma predominância de estrelas mais velhas e nos braços verifica-se uma maior actividade de formação estelar. Desta forma, os núcleos das galáxias espirais têm uma tonalidade mais laranja e os braços uma tonalidade mais azul.
Têm um diâmetro que varia entre os 20 mil anos-luz até mais de 100 mil anos luz.
Estima-se que as suas massas variam de 10 mil milhões até 10 triliões de vezes a massa do Sol.
  1. Núcleo - É constituído por um grande grupo de estrelas em grande proximidade. Na sua maioria são estrelas velhas (de baixa metalicidade) e pequenas dimensões. Existe pouca matéria interestelar, não existindo, portanto, grandes áreas de formação estelar. No centro do núcleo galáctico, é frequente a existência de um ou mais buracos negros. Em algumas galáxias espirais, os núcleos podem apresentar núcleos de formação estelar de grandes dimensões e apresentar significativas quantidades de estrelas de elevada metalicidade, sugerindo que o processo de formação estelar é sustentado por processos ainda não compreendidas.
  2. Braços - são o resultado de compressões gravíticas da massa do disco galáctico
            Classificação das galáxias espirais:
            Sa: núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados
            Sb: núcleo e braços intermediários
            Sc: núcleo menor, braços grandes e mais abertos.
Existem algumas galáxias que têm núcleo, disco e halo, mas não têm traços de estrutura espiral. Hubble classificou essas galáxias como S0, e são, às vezes chamadas lenticulares. As galáxias espirais e lenticulares juntas formam o conjunto de galáxias discoidais.
  • Galáxia Espiral Barradas (SB): Os braços helicoidais e o núcleo central são menos desenvolvidos que os das galáxias espirais normais. O núcleo possui a forma de uma barra, ou apresenta uma zona cilíndrica com braços espiralados a sair das extremidades desse cilindro.


fenómeno da 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 ou simplesmente a consequência da assimetria na distribuição de massa no disco da galáxia. Alguns astrónomos também acreditam que a barra seja, pelo menos em parte, responsável pela formação da estrutura espiral, assim como outros fenómenos evolutivos nas galáxias.
Seguem o mesmo princípio de identificação das Galáxias Espirais, sendo, por vezes, consideradas como uma subcategoria das primeiras.
Acredita-se que a Via Láctea e a Andrómeda sejam do tipo Galáxia Espiral Barrada.
  • Galáxias Elípticas (E): Apresentam uma forma esférica ou elipsoidal, não tendo estrutura em forma de espira. A grande maioria dessas galáxias tem pouco gás, pouca poeira e poucas estrelas jovens. De uma forma mais expressa elas parecem-se com onúcleo e o halo das Galáxias Espirais.

Algumas são bastante alongadas e outras bastante achatadas vistas da Terra.
Acredita-se que as galáxias elípticas sejam o resultado da união entre duas galáxias espirais.
Variam muito de tamanho, algumas são super-gigantes, com diâmetro de milhões de anos-luz, enquanto que outras são anãs, tendo apenas alguns milhares de anos-luz de diâmetro. As elípticas gigantes são raras e exóticas, já as elípticas anãs são mais comuns de galáxia existente.
Devido à disparidade de dimensões as galáxias elípticas foram divididas em várias classes:
  1. Galáxia Elíptica Gigante (cD)
  2. Galáxia Elíptica Normal
  3. Galáxia Elíptica anã (dE's)
  4. Galáxia Esferoidal Anã (dSph's)
  5. Galáxia Anã Compacta Azul (BCD's)
        Hubble havia-as classificado de E0 a E7.
  • Galáxias Irregulares (I): São privadas de qualquer simetria circular ou rotacional, mostrando uma estrutura desordenada ou caotica.

Geralmente têm uma grande quantidade de estrelas recém-nascidas e continuam a proliferar novas estrelas, estando sempre em intensa actividade.
É difícil as Galáxias Irregulares terem grandes dimensões, e mesmo as de tamanho superior, geralmente, são o resultado da colisão entre duas galáxias.
Alguns cientistas acreditam que as Galáxias Irregulares típicas podem ser a primeira fase da evolução de uma galáxia espiral.
  • Galáxias Anãs: são galáxias menores, com até alguns biliões de estrelas, número cerca de 100 vezes menor do que de galáxias com as dimensões da Via Láctea, que contém cerca de 200 - 400 biliões de estrelas.

        As galáxias anãs irregulares são o tipo de galáxia mais abundante no universo e geralmente orbitam em torno de outras maiores. A Via Láctea tem, pelo menos, uma dezena desses satélites.
Existem muitas Galáxias Anãs no Grupo Local, frequentemente orbitando galáxias maiores como a Via Láctea, Andrómeda ou a Galáxia do Triângulo.
A Grande Nuvem de Magalhães, com mais de 30 biliões de estrelas é considerada. por uns, uma galáxia anã, enquanto que outros consideram-na uma galáxia comum orbitando a Via Láctea
Dividem-se em vários tipos:
  1. Galáxia Anã Elíptica (dE)
  2. Galáxia Elíptica Compacta (cE)
  3. Galáxia Esferoidal Anã (dSph)
  4. Galáxia Irregular Anã (dI)
  5. Galáxia Espiral Anã
        a) Galáxias Anãs Ultracompactas - São uma classe recém descoberta de galáxias muito compactas, mas com um grande número de estrelas. Acredita-se que tenham na ordem de 200 anos-luz de comprimento, com centenas de milhões de estrelas
Algumas teorias defendem que são os núcleos de galáxias anãs elípticas que perderam gás e estrelas externas por interações de maré quando atravessaram aglomerados.
        b) Galáxias Hobbit - Termo recentemente dado para descrever as galáxias menores e menos luminosas que as galáxias anãs.
        
Classificação de Hubble
A Classificação de Hubble foi um esquema sugerido por Hubble para classificar as galáxias. Originalmente pensava-se que, com o tempo, o esquema poderia fornecer informações sobre  a evolução das galáxias.
Hubble pensava que as galáxias quase esfero-elíptica (E0) gradualmente adquiririam uma forma achatada até se assemelharem a lentes finas (E7), para transformarem-se então em galáxias espirais comuns (s0 até Sc) ou em galáxias barradas.
As galáxias S0, conhecidas como galáxias lenticulares, possuem um núcleo mas não têm braços espirais. Pensava-se que uma galáxia espiral comum desenvolveria braços às custas da massa do núcleo central; os braços seriam mais frouxamente espiralados de S0 até Sc.
No caso das galáxias espirais barradas, pensava-se que uma barra extremamente luminosa se desenvolvesse, cortando o seu núcleo, com um braço espiral originando-se de cada extremidade da barra.
Recentes estudos cosmológicos sobre as galáxias e sobre as estrelas contidas no seu interior, lançaram dúvidas sobre este esquema evolutivo. No entanto, o esquema de Hubble ainda é útil como uma classificação prática dos diferentes tipos de galáxias.

Notas
  • As partículas que constituem a matéria:
  1.  Os quarks são os constituintes últimos da matéria: aglomerados, formam os protões e os neutrões. Os fotões são as partículas da radiação electromagnética; são eles que, nomeadamente, transmitem a luz. O electrão encontra-se em todos os átomos. Os protões (com carga positiva) e os neutrões (sem carga eléctrica), os constituintes do núcleo atómico, são os chamados nucleões.
  • O átomo compõe-se de um núcleo rodeado de electrões. O núcleo é formado por protões e neutrões. O núcleo de hidrogénio é constituído por um único protão; o de deutério, por um protão e um neutrão; o de hélio, por dois protões e dois neutrões.
  • A nossa Galáxia, Via Láctea, é um membro do Grupo Local, e domina em conjunto com a Galáxia Andrómeda. No total, o Grupo Local, contém cerca de 30 galáxias num espaço com cerca de um megaparsec de diâmetro. O Grupo Local é parte do Superanxame Local, também conhecido como o Superanxame de Virgem.
  • 1 megaParsec = 3,08568025 x 1022 metros
  • No mito grego a Via Láctea foi formada quando Zeus colocou o seu filho Hércules, que era também filho de uma mortal, no seio da deusa Hera, enquanto ela dormia, para que Hércules se tornasse imortal ao beber o leite de uma deusa. Mas Hera acordou enquanto amamentava e ao ver que estava a alimentar um bebé estranho afastou-o. Um jacto do seu leite espalhou-se pelo céu, formando a Via Láctea.


Fontes
A Fabulosa História da Terra, Selecções Reader's Digest, 1ª edição, 2002
http://www.ccvalg.pt/astronomia/galaxias/o_que_sao_as_galaxias.htm
www.wikipedia.com
http://astro.if.ufrgs.br/galax/index.htm#formacao
http://www.oal.ul.pt/astronovas/galaxias/fil.html

Desejo

«O condenado à morte deixou transparecer uma alegria comovida ao saber do indulto. Mas ao cabo de algum tempo, acentuando-se as melhora...