As galáxias elípticas gigantes são enormes aglomerados de biliões (no Brasil triliões) de estrelas e milhares de enxames globulares. Aparentemente desprovidas de gás e poeiras, as suas estrelas são velhas, muito evoluídas. De facto estas galáxias parecem ter gasto todo o gás interestelar disponível na formação de estrelas num período curto da sua evolução, num passado longínquo. São as maiores galáxias do Universo e frequentemente encontram-se no centro de enxames existindo evidências de que pelo menos parte, se não mesmo todas, se formam como resultado de colisões e actos de canibalismo galáctico.
(A galáxia elíptica gigante NGC1132, na constelação do Erídano. Na imagem, para além da miríade de galáxias de fundo, são visíveis milhares de enxames globulares que a orbitam. Crédito: NASA, ESA e Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration)
Este cenário foi agora posto em causa, pelo menos parcialmente, por novas observações realizadas pelo telescópio espacial Herschel da agência espacial europeia. De facto, um estudo liderado pelo astrofísico Norbert Werner (Universidade de Stanford) usou o Herschel para observar uma amostra de 8 destas galáxias tentando estabelecer o seu conteúdo em gás. O resultado foi surpreendente já que em 6 das 8 galáxias foram detectados grandes reservatórios de gás que poderiam, em princípio, dar origem a novas gerações de estrelas. O estudo identifica também o provável mecanismo que inibe a formação estelar a partir desse material.
As estrelas formam-se em nuvens de hidrogénio molecular (H2) a temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto, e que irradiam principalmente no infravermelho e comprimentos de onda sub-milimétricos. A essas temperaturas as moléculas movem-se muito lentamente e são facilmente manietadas pela gravidade, que amplifica rapidamente pequenas flutuações de densidades nessas nuvens, dando origem ao fim de alguns milhares de anos a estrelas. A detecção do hidrogénio molecular nas galáxias é feita de forma indirecta. De facto, esta forma de hidrogénio não é directamente detectável, mas a sua presença e abundância pode ser inferida pela presença de outras moléculas que funcionam como marcadores, como o monóxido de carbono (CO). Ora, nas 6 galáxias referidas o Herschel detectou linhas de emissão características de carbono ionizado ([CII] – os parêntesis rectos indicam que é uma linha provocada por uma transição electrónica de um tipo especial) e oxigénio ([OI] e [OIb]) nos respectivos espectros no infravermelho, evidência clara da existência de monóxido de carbono e portanto de hidrogénio molecular.
(Parte do espectro da galáxia NGC5044 no infravermelho, mostrando uma linha de emissão de carbono ionizado [CII] no comprimento de onda de 157 micrómetros. Crédito: ESA/Herschel/PACS/Norbert Werner, Stanford University)
Apenas em dois casos essas linhas não estavam presentes, mostrando que essas galáxias são efectivamente desprovidas de hidrogénio molecular. Isto não quer dizer que não exista gás nestas galáxias, mas sim que o gás que aí exista se encontra a temperaturas bem mais elevadas e por isso não forma nuvens moleculares.
(Parte do espectro da galáxia NGC1399 no infravermelho, mostrando a ausência da linha de emissão de carbono ionizado [CII] no comprimento de onda de 157 micrómetros. Crédito: ESA/Herschel/PACS/Norbert Werner, Stanford University)
Os cientistas tentaram então perceber a não detecção de hidrogénio molecular nestas duas galáxias e porque é que nas restantes, havendo tanto disponível, não se formavam estrelas jovens. Para tal observaram as 8 galáxias em vários comprimentos de onda: nos raios-X, no visível e nas ondas de rádio. A resposta, surpreendentemente, parece estar relacionada com a actividade do buraco negro central das galáxias. De facto, as 6 galáxias em que foi detectado hidrogénio molecular têm buracos negros centrais com uma actividade moderada, com baixos níveis de acreção de matéria, demonstrado pela inexistência de jactos observáveis em ondas de rádio.
(Imagem da galáxia elíptica gigante NGC5044 em vários comprimentos de onda. Crédito: Digitised Sky Survey/NASA Chandra/Southern Observatory for Astrophysical Research/Very Large Array (Robert Dunn et al. 2010))
Por outro lado, as outras 2 galáxias têm buracos negros centrais extremamente activos com enormes jactos de partículas energéticas que estendem a sua influência até distâncias de centenas de milhares de anos-luz do núcleo galáctico.
(Imagem da galáxia elíptica gigante NGC1399 em vários comprimentos de onda mostrando os jactos de partículas de alta energia emitidos pelo gigantesco buraco negro central. Crédito: Digitised Sky Survey/NASA Chandra/Southern Observatory for Astrophysical Research/Very Large Array (Robert Dunn et al. 2010))
Segundo os autores do estudo, o gás interestelar parece arrefecer substancialmente quase até ao ponto de poder formar novas gerações de estrelas, tal como observado em 6 das galáxias da amostra. No entanto, enquanto arrefece, esse gás cai na direcção do núcleo onde começa a alimentar o buraco negro central antes de poder criar novas estrelas. Este processo deve estar em andamento nestas 6 galáxias. Quando o buraco negro começa a ser alimentado por esse gás, a radiação gerada pelo disco de acreção do buraco negro e, principalmente, os jactos de partículas energéticas emitidos pelo buraco negro, aquecem o gás interestelar até distâncias de centenas de milhares de anos-luz, impedindo a formação de estrelas. Esse parece ser o estágio em que se encontram as duas galáxias em que não foi detectado hidrogénio molecular e que apresentam buracos negros centrais muito activos e com jactos bem desenvolvidos.
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