Porque é que Algumas Galáxias Têm Braços Espirais?

As galáxias espirais são dos mais belos objectos do Universo. No entanto, a sua aparência dinâmica, com os braços parecendo varrer vastas extensões de espaço ao longo de milhões de anos, é enganadora. De facto, os braços espirais são estruturas estáticas, no sentido em que permanecem sempre no mesmo sítio. São as estrelas e as nuvens de gás e poeira das galáxias que se movem em torno do núcleo ao longo de dezenas ou centenas de milhões de anos. Nesse percurso atravessam várias vezes os braços espirais.

Detalhe dos braços espirais da galáxia Messier 74. A concentração de maternidades estelares (manchas rosa) e estrelas jovens luminosas (brancas ou azuladas) é bem visível nos braços espirais. É o brilho conjunto destas estrelas que torna mais visíveis os braços espirais em relação ao resto do disco galáctico. Crédito: NASA/ESA.

Sabe-se hoje que os braços espirais não são mais do que regiões de maior densidade (com mais estrelas, gás e poeira) no disco de uma galáxia. A sua gravidade é suficiente para acelerar objectos que deles se aproximam e decelerar objectos que deles se afastam. A acumulação e colisão de nuvens de gás e poeiras nos braços espirais leva à sua compressão e ou colisão, resultando na formação de grande quantidade de estrelas jovens de todos os tamanhos. Entre estas, as mais maciças e luminosas emitem quantidades copiosas de radiação ultravioleta que provoca a fluorescência do gás circundante. Toda esta actividade torna os braços espirais mais luminosos do que as regiões adjacentes do disco e confere-lhes a sua característica cor azulada — devida às estrelas maciças e quentes — polvilhada por manchas rosa — devidas à fluorescência do gás em maternidades estelares. Note-se ainda que, devido à sua massa elevada, estas estrelas explodem como supernovas ao fim de alguns milhões de anos, pelo que não têm a oportunidade de se afastar significativamente dos braços espirais.
O vídeo que se segue mostra uma simulação do movimento orbital de dezenas de milhares de estrelas (no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio) em torno do núcleo de uma galáxia espiral barrada. A duração do vídeo corresponde a centenas de milhões de anos. Notem como os braços espirais se mantêm no mesmo lugar e como as estrelas aceleram quando se aproximam deles e se afastam gradualmente ganhando velocidade depois de por eles passarem. O efeito é semelhante a um engarrafamento no trânsito. Os braços espirais não são mais do que regiões do disco com maior densidade de estrelas, locais onde há “engarrafamentos galácticos”.

Mas como se formam estes engarrafamentos? A teoria mais aceite, e que é consistente com as observações, diz-nos que tal acontece devido à gravidade conjunta das estrelas e nuvens de gás e poeira das galáxias. Nas suas órbitas em torno do núcleo há regiões onde as suas órbitas se sobrepõem ou alinham preferencialmente dando origem, ao longo de milhões de anos, a zonas de maior densidade (com mais estrelas, gás e poeiras do que a média) no disco galáctico, algo que os cientistas chamam de “onda de densidade”. As simulações mostram que, uma vez formadas, e na ausência de perturbações exteriores como colisões galácticas, estas estruturas podem perpetuar-se por milhares de milhões de anos. As simulações sugerem também que estas ondas podem ser também ser induzidas pela perturbação gravitacional provocada pela passagem próxima de uma outra galáxia. Crê-se que este é o caso em sistemas como a Messier 51.

O sistema Messier 51 é de facto composto por duas galáxias em interação gravitacional. A magnífica estrutura espiral da galáxia maior é devida, pelo menos em parte, à influência gravitacional da sua galáxia satélite (à direita). Crédito: NASA/ESA.