Porque é que há galáxias com "braços" e outras não?

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perguntou Out 27, 2013 em Astrofísica por Rogerio Almerico AstroCurioso (1,420 pontos)
recategorizado Dez 11, 2014 por Guilherme de Almeida
Há galáxias que aparecem nas fotografias com uns "braços", e outras que são apenas redondas ou de formas irregulares. Porque não são todas idênticas?
  

1 Resposta

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respondida Mar 14, 2014 por João Calhau Super-Nova (13,660 pontos)
A Pergunta é importante e relaciona-se com um dos grandes mistérios da Astrofisica por resolver completamente: a formação e evolução de galáxias.

Uma galáxia forma-se quando a matéria (tanto a matéria escura como a "normal") se aglomera em zonas de maior densidade. A variação nestes níveis de densidade e o choque entre as nuvens de gás e poeira levam à criação de ondas de choque que levam ao colapso gravitacional do material. Eventualmente, em algumas zonas, este colapso é forte o suficiente para que a temperatura e pressão do gas sejam de tal forma elevada que se iniciam reacções termonucleares, formando as estrelas da galáxia. Este é um processo que ainda hoje se observa em, por exemplo, nebulosas como a M42, a nebulosa de Orionte.

O que vai definir se a galáxia é espiral ou elítica/irregular é a maneira como a sua vida decorre a partir da sua formação. Em geral, uma galáxia pode ser dividida em duas grandes componentes: o disco, e o bojo central. Estes são formados devido a dois tipos de eventos: evolução secular, que são processos lentos e característicos da evolução interna da própria galáxia, e "mergers" ou fusões, que são basicamente choques entre dois sistemas diferentes (um grande exemplo de um merger são as NGC4038/4039.

O disco estelar é em geral, dominado por processos seculares. As forças de maré existentes na galáxia primordial levam a um momento angular que obriga o material a concentrar-se numa forma discoidal em redor do centro da galáxia. Este disco é então alargado através de diferentes processos fisicos tais como acreção de materia para dentro do disco, choques (ou mergers) de baixa intensidade onde o material que choca com o disco é muito mais pequeno que o disco em si, ou através da transferência de energia entre o disco e nuvens moleculares gigantes.

Pensa-se que os braços espirais existentes nos discos galácticos se devam ao facto de as estrelas terem órbitas cuja orientação varia de uma para a outra de forma continua desde o centro da galáxia até ao limite do disco. As órbitas são elípticas e as estrelas viajam, ao longo da sua vida através delas, entrando e saindo dos braços consoante a sua trajectória. Os braços espirais são regiões mais densas e esta alteração de densidade obriga ao colapso das nuvens de gás cujas órbitas as levam a entrar neles, originando periodos de formação estelar frenética e que está na origem da cor azulada brilhante dos discos e galáxias espirais (as estrelas jovens tem uma tonalidade mais azulada enquanto que, em geral, as estrelas velhas são vermelhas).

Já as galáxias elipticas têm uma história de vida diferente: se nas galáxias espirais os processos dominantes são seculares, então nas galáxias elipticas são os mergers que vencem a corrida, por assim dizer. Uma galáxia eliptica é o resultado de colisões entre galáxias de massas comparáveis. O choque atira com as estrelas dos dois sistemas para órbitas altamente aleatórias, o que arruina completamente a ordenação dos discos estelares e dá a forma esférica à galáxia resultante. As ondas de choque destas colisões levam a períodos de formação estelar extremamente intensos, o que explica o facto de as galáxias elipticas terem muito pouco gas quando comparadas com galáxias espirais e que apresentem uma cor caracteristica avermelhada - não havendo gás não há formação de estrelas jovens. O que é interenssante é que este processo de merger também da origem aos bojos das galáxias espirais, embora a magnitude do merger não seja tão grande como no caso das galáxias elipticas.

Podemos então, em geral, explicar a forma das galáxias consoante o número e a gravidade de colisões que estas tiveram ao longo da vida. Galáxias elipticas tiveram muitas fusões e colisões - o que as faz tipicamente o maior objecto num grupo de galáxias -, enquanto que galáxias espirais tem uma vida mais calma, onde os factores predominantes são internos e mais calmos.

Note que a evolução de galáxias é um tema que ainda está longe de ser dado por terminado e que não existem certezas quanto aos processos que levam à formação e evolução destes objectos. Espero ter ajudado.

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