By Marina Sousa 
Um novo estudo liderado por pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP revelou o mecanismo por trás do fim das “fábricas de estrelas” do Universo. A pesquisa, publicada na revista Astronomy & Astrophysics, utiliza um modelo computacional para demonstrar que galáxias massivas e empoeiradas, que formam estrelas intensamente, esgotam seu potencial após sucessivas colisões e fusões com outras galáxias. Esse processo culmina na formação de galáxias quiescentes massivas, onde a produção de novas estrelas é praticamente interrompida.
O objetivo do trabalho foi entender a formação e evolução das galáxias mais massivas que existiam no chamado “meio-dia cósmico” – um período em que o Universo tinha entre 1 e 4 bilhões de anos, sendo muito mais jovem do que é hoje. Pablo Andrés Araya Araya, primeiro autor do artigo e doutorando no IAG, explicou ao Jornal da USP que a investigação focou na conexão entre duas populações extremas: as galáxias empoeiradas com intensa formação estelar e as galáxias quiescentes massivas, que já haviam parado de formar estrelas nesse período.
As “Fábricas de Estrelas” e o Meio-Dia Cósmico
As galáxias empoeiradas com formação estelar são verdadeiras “fábricas de estrelas”, capazes de produzir centenas ou até milhares de estrelas a mais por ano do que a nossa Via Láctea. No entanto, sua intensa luminosidade é muitas vezes obscurecida por vastas quantidades de poeira cósmica, tornando-as um desafio para telescópios que operam na faixa óptica do espectro. Por outro lado, as galáxias quiescentes massivas, como o nome sugere, também possuem grande massa, mas cessaram a formação de novas estrelas.
A problemática fundamental reside no fato de que ambos os tipos de galáxias coexistiam no “meio-dia cósmico”. Há anos, astrônomos suspeitam que as galáxias empoeiradas poderiam ser as precursoras das galáxias quiescentes massivas observadas no Universo local. A ideia é que uma galáxia passe por uma fase de crescimento estelar extremamente rápido e, em seguida, interrompa esse processo, tornando-se quiescente. No entanto, essa hipótese não havia sido testada teoricamente de forma adequada para o Universo primitivo, pois muitos modelos tinham dificuldades em reproduzir esses dois tipos de galáxias simultaneamente.
Colisões e Fusões: O Fim da Formação Estelar
O modelo desenvolvido na pesquisa prevê uma forte conexão evolutiva entre essas populações. Praticamente todas as galáxias quiescentes massivas observadas no “meio-dia cósmico” passaram por uma fase anterior como galáxias empoeiradas com intensa formação estelar. Durante essa fase, elas constroem rapidamente grande parte de sua massa estelar.
O ponto de virada ocorre com um evento de colisão e fusão violenta entre galáxias. Esse processo não só gera surtos intensos de formação estelar, mas também impulsiona o crescimento de um buraco negro supermassivo. A combinação desses dois eventos esgota o gás disponível para formar novas estrelas, forçando a galáxia a se tornar quiescente. É importante notar que nem todas as galáxias empoeiradas se tornarão quiescentes no “meio-dia cósmico”; o fator determinante é o momento em que ocorre o primeiro evento de fusão significativo.
A Ferramenta da Descoberta: Modelos Computacionais
O estudo foi fundamentado em modelos computacionais de formação e evolução de galáxias, especificamente o modelo semi-analítico chamado L-Galaxies. Este modelo consiste em um conjunto de equações que descrevem os mecanismos físicos que governam a formação e evolução das galáxias, utilizando como base predições de simulações de apenas matéria escura. Em um trabalho anterior, a equipe calibrou os parâmetros livres do modelo com observações, criando uma versão que reproduz razoavelmente bem as duas populações de galáxias estudadas.
Impacto na Compreensão do Universo
Mais do que focar na origem, o trabalho contribui significativamente para o entendimento do funcionamento do Universo. Compreender como as galáxias mais massivas surgiram e evoluíram é uma das questões centrais da astrofísica moderna. A comparação entre modelos teóricos e dados observacionais é crucial para testar a validade do nosso entendimento dos processos físicos envolvidos.
Os resultados desta pesquisa ajudam a explicar como algumas galáxias cresceram tão rapidamente nos primeiros bilhões de anos do Universo e por que deixaram de formar estrelas tão cedo. Além disso, o cenário teórico consistente fornecido pelo estudo pode ser testado por observações futuras, contribuindo para uma compreensão mais completa da evolução das galáxias ao longo do tempo cósmico. Embora o trabalho não tenha analisado diretamente novos dados observacionais, ele foi desenvolvido para reproduzir resultados obtidos por telescópios modernos, como o ALMA, para galáxias empoeiradas, e o Telescópio Espacial James Webb (JWST), para galáxias quiescentes massivas.
Fonte: jornal.usp.br