Cluster de galáxias fósseis, como observado por XMM-Newton. Clique para ampliar
As galáxias começam pequenas, mas crescem com o tempo à medida que se fundem com outras galáxias. Tudo o que resta é uma grande galáxia chamada grupo fóssil, que fica dentro de um halo ainda maior de matéria escura. Os astrônomos estão intrigados com a forma como esses grupos fósseis são capazes de se formar rapidamente - alguns não deveriam ser capazes de fazê-lo durante a vida do Universo. Novas observações dos observatórios Chandra e XMM-Newton da ESA forneceram novas pistas sobre como esses aglomerados colapsam e se formam.
Aproveitando a alta sensibilidade do XMM-Newton da ESA e a visão nítida dos observatórios espaciais de raios X Chandra da NASA, os astrônomos estudaram o comportamento de grandes aglomerados de galáxias fósseis, tentando descobrir como eles encontram tempo para se formar.
Muitas galáxias residem em grupos de galáxias, onde experimentam encontros próximos com seus vizinhos e interagem gravitacionalmente com a matéria escura - massa que permeia todo o espaço intergalático, mas não é diretamente visível porque não emite radiação.
Essas interações fazem com que grandes galáxias espiralem lentamente em direção ao centro do grupo, onde podem se fundir para formar uma única galáxia central gigante, que engole progressivamente todos os seus vizinhos.
Se esse processo terminar, e nenhuma galáxia nova entrar no grupo, o resultado será um objeto chamado de 'grupo fóssil', no qual quase todas as estrelas são coletadas em uma única galáxia gigante, que fica no centro de uma galáxia. halo de matéria escura do tamanho de um grupo. A presença desse halo pode ser inferida a partir da presença de extenso gás quente, que preenche os poços de potencial gravitacional de muitos grupos e emite raios-X.
Um grupo de astrônomos internacionais estudou em detalhes as características físicas do grupo fóssil mais conhecido e massivo e quente, com o objetivo principal de resolver um quebra-cabeça e entender a formação de fósseis massivos. De fato, de acordo com modelos teóricos simples, eles simplesmente não poderiam ter se formado no tempo disponível para eles!
O grupo fóssil investigado, chamado 'RX J1416.4 + 2315', é dominado por uma única galáxia elíptica localizada a um milhão e meio de milhões de anos-luz de distância de nós, e é 500 mil milhões de vezes mais luminosa que o Sol.
As observações de raios X de XMM-Newton e Chandra, combinadas com análises ópticas e infravermelhas, revelaram que o grupo fica dentro de um halo de gás quente que se estende por mais de três milhões de anos-luz e aquecido a uma temperatura de 50 milhões de graus, principalmente devido ao aquecimento por choque. resultado do colapso gravitacional.
Uma temperatura tão alta, aproximadamente o dobro dos valores previamente estimados, é geralmente característica dos aglomerados de galáxias. Outra característica interessante de todo o sistema de agrupamentos é a sua grande massa, atingindo mais de 300 trilhões de massas solares. Apenas cerca de dois por cento dele na forma de estrelas nas galáxias e 15% na forma de gás quente emitindo raios-X. O principal colaborador da massa do sistema é a matéria escura invisível, que liga gravitacionalmente os outros componentes.
Segundo os cálculos, um aglomerado fóssil tão grande quanto RX J1416.4 + 2315 não teria tido tempo de se formar durante toda a idade do universo. O processo chave na formação de tais grupos fósseis é o processo conhecido como 'atrito dinâmico', pelo qual uma galáxia grande perde sua energia orbital para a matéria escura circundante. Esse processo é menos eficaz quando as galáxias estão se movendo mais rapidamente, o que ocorre em maciços "aglomerados" de galáxias.
Isso, em princípio, define um limite superior para o tamanho e a massa de grupos fósseis. Os limites exatos são, no entanto, ainda desconhecidos, pois a geometria e a distribuição de massa dos grupos podem diferir daquela assumida em modelos teóricos simples.
“Modelos simples para descrever o atrito dinâmico pressupõem que as galáxias em fusão se movem ao longo de órbitas circulares ao redor do centro da massa de aglomerados”, diz Habib Khosroshahi, da Universidade de Birmingham (Reino Unido), primeiro autor dos resultados. “Em vez disso, se assumirmos que as galáxias caem em direção ao centro do aglomerado em desenvolvimento de maneira assimétrica, como ao longo de um filamento, o atrito dinâmico e, portanto, o processo de formação de aglomerados podem ocorrer em menor escala de tempo”, continua ele. Tal hipótese é apoiada pela emissão de raios-X altamente alongada que observamos no RX J1416.4 + 2315, para sustentar a idéia de um colapso ao longo de um filamento dominante. ”
O brilho óptico da galáxia dominante central neste fóssil é semelhante ao das galáxias mais brilhantes em grandes aglomerados (chamados de 'BCGs'). Segundo os astrônomos, isso implica que essas galáxias poderiam ter se originado em grupos fósseis em torno dos quais o aglomerado se acumula mais tarde. Isso oferece um mecanismo alternativo para a formação de BCGs em comparação com os cenários existentes nos quais os BCGs se formam em clusters durante ou após o colapso do cluster.
"O estudo de grupos fósseis maciços como o RX J1416.4 + 2315 é importante para testar nossa compreensão da formação da estrutura no universo", acrescenta Khosroshahi. “Estão em andamento simulações cosmológicas que tentam reproduzir as propriedades que observamos, para entender como esses sistemas extremos se desenvolvem”, conclui.
Fonte original: Comunicado de imprensa da ESA
