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Galáxias são coleções de bilhões de estrelas; nossa
galáxia, a Via Láctea, é um exemplo típico. Estrelas, gás e poeira
interestelar orbitam o centro da galáxia devido à atração gravitacional de
todas as outras estrelas. Novas gerações de estrelas nascem a partir do gás
que se condensa dentro de regiões chamadas nuvens moleculares gigantes e, às
vezes, estrelas se formam dentro de aglomerados estelares. Quando uma estrela
chega ao fim de sua evolução, pode devolver muito do seu gás de volta para o
meio interestelar, que será a fonte de uma nova geração de estrelas. Galáxias
podem ser pensadas como sistemas que transformam gás em estrelas e
vice-versa.
Quando
nós olhamos para uma galáxia, a luz que vemos vem de duas fontes. Primeiro, vemos
a luz de bilhões de estrelas; como a maioria das galáxias está muito
distante, não vemos as estrelas individualmente – apenas a luz difusa
combinada de todas elas. Em segundo lugar, vemos luz fluorescente emitida
pelo gás ionizado por estrelas quentes e luminosas. Estas nuvens de gás
brilhantes assinalam os locais em que se encontram estrelas recém-nascidas –
geralmente se parecem com contas, como em um colar, penduradas nos braços das
galáxias espirais. A luz proveniente tanto das estrelas quanto do gás é, em
parte, enfraquecida pela poeira dentro do meio interestelar da galáxia.
Comparadas com o Sistema Solar, galáxias são imensas. Viajando a
velocidade da luz, levaria cerca de 2 segundos para ir da Terra a Lua e cerca
de 5 horas e meia para ir do Sol até Plutão. Levaria 25 mil anos para ir do centro
da Via Láctea até a posição do Sol. A Via Láctea tem mais de 100 bilhões de
estrelas, mas as estrelas estão tão distantes umas das outras que quase nunca
se chocam. Até mesmo o fato de duas estrelas passarem perto uma da outra já é
extremamente incomum. Como estrelas raramente interagem entre si, suas
órbitas ao redor da galáxia dificilmente mudam. Órbitas de estrelas refletem
o movimento do gás a partir do qual foram formadas. Portanto, a forma de uma
galáxia nos conta as condições em que foi formada – a menos que a galáxia
tenha sofrido uma colisão.
Enquanto estrelas dentro de uma galáxia estão separadas por distâncias
muito maiores comparadas aos seus tamanhos, galáxias estão separadas das suas
vizinhas mais próximas por distâncias que são bem menores quando comparadas
com os tamanhos de galáxias. Então, colisões entre galáxias enquanto se movem
no espaço intergaláctico não são incomuns. Quando galáxias colidem, elas se
interpenetram – as estrelas se movem livres pela região – mas as nuvens de
gás de uma galáxia são comprimidas e freadas pelas nuvens de gás da outra. As
órbitas das estrelas podem ser substancialmente perturbadas (por causa da
força gravitacional que uma galáxia imprime na outra), e a compressão das
nuvens de gás podem estimulá-las a se colapsar e formar estrelas em uma taxa
especialmente alta.
Como as estrelas em galáxias estão tão distantes umas das outras, a região
onde se localiza uma galáxia é geralmente muito fraca. Do seu quintal, você
teria dificuldade de ver qualquer galáxia a olho nu, mesmo as mais próximas.
No entanto, mapas do SDSS mostram galáxias em abundância, a ponto de se ter
tantas galáxias quanto estrelas. Estrelas aparecem como pequenos pontos
(estrelas brilhantes possuem uma estrutura em forma de cruz, mas é um efeito
do próprio telescópio). As galáxias maiores e mais brilhantes são facilmente
identificadas: são pequenas regiões de luz com uma rica variedade de formas,
de elípticas a espirais. Muito mais numerosas, galáxias mais fracas são
difíceis de serem encontradas. Procure por imagens que são mais indistintas e
de menor contraste do que as estrelas pontuais.
Classificação de Galáxias
Existem muitos tipos diferentes de galáxias, que não apenas possuem
aparências distintas, como também têm diferentes histórias evolucionárias. As
três classes fundamentais de galáxias são: elíptica, espiral e irregular.
Essas categorias são divididas em subclasses, geralmente ilustradas usando um
diagrama de Hubble, em forma de diapasão. Originalmente, os cientistas
pensaram que este diagrama poderia representar uma seqüência evolucionária
para galáxias, mas hoje sabemos que isso não é verdade. A formação e evolução
de galáxias são processos complexos, que não são bem compreendidos.
Elípticas
A cor avermelhada das elípticas
(assim como outras observações mais detalhadas) nos conta algo importante de
suas histórias. A cor vermelha das galáxias vem das estrelas mais velhas e mais
frias. O fato da maior parte da luz vir de estrelas velhas sugere que a
maioria das elípticas se formou há muito tempo. O fato da cor de uma elíptica
ser mais ou menos a mesma ao longo da galáxia sugere que a maioria das
estrelas nessas galáxias se formou aproximadamente ao mesmo tempo.
Além disso, a maior parte das galáxias elípticas no universo são
encontradas perto de outras também elípticas, em aglomerados de galáxias.
Nesses aglomerados, cerca de 75% das galáxias são elípticas. Essa aglomeração
também sugere que elas se formaram há muito tempo atrás, porque galáxias
parecem ter se formado primeiro em regiões de alta densidade, como em
aglomerados.
As maiores galáxias do Universo são galáxias elípticas gigantes. Elas
podem conter um trilhão de estrelas ou mais e se entendem por 2 milhões de
anos luz – cerca de 20 vezes a largura da Via Láctea. Algumas parecem possuir
buracos negros supermassivos nos corações delas – monstros devoradores de
estrelas tão pesados quanto 3 bilhões de sóis. Essas gigantes elípticas são
geralmente encontradas nos corações de aglomerados de galáxias. Espirais
Em algumas espirais, a onda de densidade organiza as estrelas centrais em uma barra. Os braços de galáxias espirais barradas espiralam-se na região posterior ao fim da barra. A Via Láctea pode pertencer a essa classe de espirais, chamadas espirais barradas.
No sistema do diagrama de Hubble, espirais normais são designadas por "S" e as variedades de barradas por "SB". Cada uma dessas classes são sub classificadas em três tipos, dependendo do tamanho do núcleo e do grau em que os braços espirais estão enrolados. As três subclasses são denotadas com letras minúsculas "a", "b" e "c". Algumas galáxias são também intermediárias entre elípticas e espirais. Essas galáxias intermediárias possuem um disco com formato característico de espirais, mas não possuem braços. Essas formas intermediárias possuem a denominação "S0". Três galáxias espirais são mostradas abaixo.
Irregulares
Hubble reconheceu dois tipos de galáxias irregulares, Irr I e Irr II. Irr I é o tipo mais comum de galáxia irregular. Este tipo parece ser uma extensão das classes de espirais, além do Sc, em galáxias com nenhuma estrutura espiral discernível. Galáxias Irr I são azuis, altamente definidas e podem tanto possuir um pequeno núcleo como não possuir núcleo algum. Galáxias Irr II são raras. Este tipo inclui várias formas de galáxias caóticas, as quais parecem ter se formado de muitas e diferentes maneiras.
Quasares
Quasares foram inicialmente descobertos no início dos anos 60, quando radio astrônomos identificaram uma pequena estrela, designada por 3C 48, que emite intensas ondas de rádio. Quando eles mediram o espectro dessa estrela, descobriram algo completamente inesperado: o espectro era plano com diversas linhas de emissão inesperadas e completamente inexplicáveis. O objeto permaneceu envolto em mistério até que outro objeto similar, porém mais brilhante, 3C 273, foi descoberto em 1963. Astrônomos notaram que o 3C 273 tinha um espectro normal, com as mesmas linhas de emissão observadas em radio galáxias, mas o espectro tinha sido muito deslocado para o vermelho ("redshifted") (ou seja, as linhas espectrais foram encontradas em comprimentos de onda bem maiores do que o esperado). Essa observação explicou o mistério do espectro do 3C 48: era na verdade um espectro comum de uma radio galáxia, mas tinha sido tão deslocado para o vermelho que as linhas espectrais conhecidas se encontravam bem longe de onde deveriam, o que fez com que não fossem reconhecidas. Quando um objeto se afasta de nós, suas linhas espectrais sofrem um deslocamento para o vermelho ("redshift"); quanto mais rápido o afastamento, maior é o redshift. Entretanto, se o redshift do objeto 3C 273 fosse devido apenas à sua velocidade, esta teria que ser maior do que a velocidade da luz - o que é impossível. Muitos outros desses objetos foram encontrados e ficaram conhecidos como fontes de rádio quasi-estelares ou, abreviando, quasares.
Hoje sabemos que quasares são galáxias com núcleos extremamente energéticos. A quantidade de radiação emitida por esse núcleo supera em muita a luz proveniente de todo o resto da galáxia, de tal forma que apenas técnicas especiais de observação podem revelar a existência do restante da galáxia. O núcleo explica o porquê dos quasares parecerem estrelas - tudo o que podemos ver é o motor brilhante central.
Embora o núcleo de um quasar seja extremamente pequeno - apenas do tamanho do Sistema Solar - ele emite até 100 vezes mais radiação do que uma galáxia inteira. A galáxia que é a base de uma imagem brilhante de um quasar é provavelmente bem normal, exceto pelos efeitos superficiais de larga escala provocados pelo quasar no seu centro. Acredita-se que a energia dos quasares é proveniente de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias. A radiação intensa que vemos vem da matéria se movendo em redemoinho e caindo no buraco negro.
O SDSS (e mapeamentos do céu que usam luz visível) pode encontrar quasares distantes em redshifts entre 4 e 6, ou 90% tão velhos quanto o próprio Universo, pois quasares se parecem com estrelas mas possuem cores peculiares. Procurando por objetos, do tipo de estrelas, fracamente luminosos e extraindo seus espectros, o SDSS espera encontrar milhares de quasares em redshifts maiores do que 4. O mais distante quasar já encontrado, em redshift 6,4 , foi visto pelo SDSS em janeiro de 2003.
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