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Universidade Federal do ABCJessica Gonçalves de Sousa

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Ensino de Astronomia UFABCAula:Galáxias II

A maioria das galáxias se formaram cedo, mas dados do telescópio Galaxy Explorer (Galex), da NASA, indicam que

algumas galáxias se formaram recentemente ao longo dos últimos bilhões de anos.

Formação das Galáxias

As duas suposições bases para a maioria das teorias que são feitas a respeito são:

- Ele (universo) estava repleto de hidrogênio e hélio

- Algumas áreas eram ligeiramente mais densas que outras.


Os astrônomos acreditam que as áreas mais densas desaceleraram a expansão ligeiramente, permitindo que os

gases se acumulassem em pequenas nuvens protogalácticas.


Nessas nuvens, eram formadas as estrelas devido ao colapso entre gás e poeira.


A medida que se contraíam, formavam discos giratórios, que por sua vez atraíam mais gases e poeira com a força da

gravidade e com isso os discos galácticos se formaram, e dentro deles eram criados mais estrelas.


https://www.youtube.com/watch?v=y29RqyYdknw

O esquema de Hubble consiste de três sequências principais de classificação: elípticas, espirais e espirais barradas. Nesse

esquema, as galáxias irregulares formam uma quarta classe de objetos.

Sequência de Hubble

a núcleo maior, braços pequenos e bem enrolados

b núcleo e braços intermediários

c núcleo menor, braços grandes e mais abertos

As galáxias espirais, quando vistas de frente, apresentam uma clara estrutura espiral. Andrômeda (M31) e a nossa própria Galáxia são espirais típicas. Elas possuem um núcleo, um disco, um halo, e braços espirais. As galáxias espirais apresentam diferenças entre si principalmente quanto ao

tamanho do núcleo e ao grau de desenvolvimento dos braços espirais. Assim, elas são subdivididas nas categorias Sa, Sb e Sc, Sd

(Vaucouleurs), de acordo com o grau de desenvolvimento e enrolamento dos braços espirais e com o tamanho do núcleo comparado com o do

disco.

Galáxias Espirais

Existem algumas galáxias que têm núcleo, disco e halo, mas não têm traços de estrutura espiral. Hubble classificou essas galáxias como S0, e

elas são às vezes chamadas lenticulares. As galáxias espirais e lenticulares juntas formam o conjunto das galáxias discoidais.

Galáxias Lenticulares

Mais ou menos metade de todas as galáxias discoidais apresentam uma estrutura em forma de barra atravessando o núcleo. Elas são chamadas

barradas e, na classificação de Hubble elas são identificadas pelas iniciais SB. As galáxias barradas também se subdividem nas categoria SB0, SBa,

SBb, e SBc. Nas espirais barradas, os braços normalmente partem das extremidades da barra.

Galáxias Espirais Barradas

O fenômeno de formação da barra ainda não é bem compreendido, mas acredita-se que a barra seja a resposta do sistema a um tipo de

perturbação gravitacional periódica (como uma galáxia companheira), ou simplesmente a consequência de uma assimetria na distribuição de massa

no disco da galáxia. Alguns astrônomos também acreditam que a barra seja pelo menos em parte responsável pela formação da estrutura espiral,

assim como por outros fenômenos evolutivos em galáxias.

Galáxias Espirais Barradas

As galáxias elípticas apresentam forma esférica ou elipsoidal, e não têm estrutura espiral. Têm pouco gás, pouca poeira e poucas estrelas

jovens. Elas se parecem ao núcleo e halo das galáxias espirais.As galáxias elípticas variam muito de tamanho, desde super-gigantes até

anãs. As maiores elípticas têm diâmetros de milhões de anos-luz, ao passo que as menores têm somente poucos milhares de anos-luz em diâmetro.

Galáxias Elípticas

Hubble subdividiu as elípticas em classes de E0 a E7, de acordo com o seu grau de achatamento. Imagine-se olhando um prato circular de frente:

essa é a aparência de uma galáxia E0. Agora vá inclinando o prato de forma que ele pareça cada vez mais elíptico e menos circular, esse

achatamento gradativo representa a sequência de E0 a E7.

Galáxias Elípticas

Hubble classificou como galáxias irregulares aquelas que eram privadas de qualquer simetria circular ou rotacional, apresentando uma estrutura caótica ou irregular. Muitas irregulares parecem estar sofrendo atividade de

formação estelar relativamente intensa, sua aparência sendo dominada por estrelas jovens brilhantes e nuvens de gás ionizado distribuídas

irregularmente. Ha existência de um disco de gás similar ao das galáxias espirais e elas também lembram as espirais no seu conteúdo estelar, que

inclui estrelas de população I e II (jovens e velhas)

Galáxias Irregulares

Grande Nuvem de Magalhães e Pequena Nuvem de Magalhães

Principais Características

As galáxias diferem bastante entre si, mas a grande maioria têm formas mais ou menos regulares quando observadas em projeção contra o céu, e

se enquadram em duas classes gerais: espirais e elípticas. Algumas galáxias não têm forma definida, e são chamadas irregulares. Atualmente

se sabe que as galáxias nascem nas regiões de maior condensação da matéria escura. A distribuição destas condensações é aleatória.

Há dois fatores neste processo que podem ser responsáveis pelas diferenças entre as galáxias elípticas e as galáxias espirais.


O primeiro fator é o momento angular (quantidade de momento giratório) – as nuvens protogalácticas com maior momento angular podiam girar

mais rápido e formar discos espirais. Em galáxias espirais existe mais gás e estrelas de todas as idades e metalicidades (as mais jovens tendo

metalicidades mais altas) incluindo a formação estelar atual.


As galáxias espirais têm diâmetros que variam de 20 mil anos-luz até mais de 100 mil anos-luz. Estima-se que suas massas variam de 10

bilhões a 10 trilhões de vezes a massa do Sol. Nossa Galáxia e M31 são ambas espirais grandes e massivas.


As nuvens com rotação mais lenta podem ter formado as galáxias elípticas.

As galáxias elípticas tem predominantemente estrelas velhas e de baixa metalicidade e pouco gás.


O segundo fator é o resfriamento, nuvens de alta densidade se resfriavam mais rápido, consumindo todo o gás e poeira na

formação de estrelas, assim não sobrando matéria para um disco galáctico, por isso que as galáxias elípticas não possuem discos.


Nos últimos 20 anos o uso de telescópios modernos, têm fornecido vários vínculos observacionais para o estudo da

evolução das galáxias. Observando galáxias remotas, os astrônomos constataram que

no passado havia um grande número de galáxias pequenas, irregulares e com uma taxa muito alta de formação estelar, que não existem no universo atual, sugerindo que elas se fundiram

posteriormente dando origem a galáxias maiores.

Evolução das Galáxias

A distância que separam as galáxias parecem imensa, porém os diâmetros das galáxias são igualmente grandes.


Uma equipe de astrônomos utilizaram um instrumento específico no telescópio Very Large Telescope, mostrando como há uma forte influência que o meio exerce sobre a

evolução das galáxias.


Comparadas às estrelas, às galáxias ficam relativamente perto uma das outras, podem interagir... E em que isso afeta a

evolução das galáxias?


As galáxias podem colidir. Quando colidem, elas na verdade se atravessam mutuamente – as estrelas que elas contêm não se

chocam.


●Fusões de galáxiasNo caso da Via

Lácteaisto está acontecendo

com as Nuvens deMagalhães.

Elas já tiveram várias

passagens pelo DiscoGaláctico, e estarão

encorporadasna nossa Galáxia

em uns 14 bi. anos


Em cor de rosa: a corrente magellanica, gás que foiarrancado das Nuvens de Magalhães nas passagenspelo disco.

As estrelas não se chocam devido as imensas distâncias interestelares que existem.

Porém apenas as estrelas saem íntegras dessa colisão, pois as galáxias tendem a mudar de forma.


Os modelos computacionais mostram que colisões entre galáxias espirais tendem a resultar em galáxias elípticas. Assim indicando que colisões em que se resultam em forma de espiral

provavelmente não passaram por colisão.


O que pode resultar das colisões: - novas ondas de formação de estrelas

- supernovas; - Colapsos estelares que formam os buracos negros, ou buracos

negros supermassivos em galáxias ativas.


- Fusões e canibalismo: Fusões acontece entre galáxias de tamanhos semelhantes.

Canibalismo acontece entre galáxias de tamanhos diferentes.


Modelo hierárquico de fusõesÉ o modelo mais aceito hoje. As estruturas menores se formam primeiro, e depois fusionam para formar as estruturas maiores,

“de baixo pra cima”.


Buracos Negros BináriosNas fusões de grandes galáxias há a formação de um Buraco

Negro Supermaciço Binário


O Buraco Negro binário em NGC 6240 nos raios X (Chandra)

Buracos Negros Binários Quando chegam muito perto, se orbitam emitindo ondas

gravitacionais, assim espiralando ainda mais para o centro de massa.


Buracos Negros Binários Ao fim, os dois se fundem resultando em um Buraco Negro

ainda maior. Há hipóteses que os Buracos Negros centrais de galáxias gigantes se formaram assim.


As galáxias não se distribuem aleatoriamente ao longo do universo, elas tendem a existir em aglomerados galácticos. As galáxias nesses aglomerados se mantêm unidas pela gravitação

e matéria escura.

Distribuição das Galáxias

Aglomerados pobres: contêm menos de mil galáxias. A Via Láctea e a galáxia Andrômeda (M31) fazem parte de um

grupo chamado Grupo Local, que contêm entre 35 e 50 galáxias.


O Grupo Local, é onde está localizada nossa galáxia. O centro gravitacional se localiza entre a Via Láctea e Andrômeda. As galáxias do

Grupo local cobrem uns 10 milhões de anos-luz de diâmetro e tem aparência binária.


Aglomerados ricos: contêm mil ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por exemplo,inclui mais de 2,5

mil galáxia.


Os astrônomos Margaret Geller e Emilio E. Falco descobriram que as galáxias e aglomerados galácticos não se distribuem de maneira

aleatória, mas se agrupam em paredes (longos filamentos) entremeados “vazios”, o que faz com que o universo se assemelhe a

uma teia de aranha.


Quasares: Distantes, têm as mais altas luminosidades, que dominam a luminosidade da galáxia; com os telescópios mais antigos, não se observava a galáxia, só o núcleo brilhante; hoje sabemos que são núcleos ativos de galáxias com alta taxa de acreção; Telescópio Espacial mostrou a galáxia em tornoRádio-galáxias: galáxias ativas muito luminosas em rádio (jatos de partículas relativísticas); são raras, habitam galáxias elípticas (fusão de galáxias); Ex. : Centaurus A.Galáxias Seyfert: galáxias mais próximas, cujo espectro nuclear é semelhante aos dos Quasares, mas menos luminoso; observa-se a galáxia “hospedeira” com facilidade.Objetos BL Lac: galáxias ativas (rádio-galáxias na sua maioria) observadas ao longo do jato: efeitos de amplificação relativísticos fazem que o espectro seja dominado pelo espectro do jato.LINERs: galáxias com atividade nuclear fraca; quase 50% das galáxias pode ter esta atividade, observação com boa resolução espectral e espacial é necessária para ver emissão “não-térmica” do núcleo

Galáxias Ativas

Mostram sinais de atividade violenta em várias partes do espectro. Essa atividade é causada por seus núcleos chamados AGNs (Energia dos Núcleos

Ativos de Galáxias).

Galáxias Ativas

Elas vêm em uma variedade de formas e “cores”, mas podem ser descritas por um modelo unificado que afirma que a

atividade é devido a um Buraco Negro Supermaciço no núcleo.

Galáxias Ativas

• A energia dos AGNs vem da acreção de matéria ao Buraco Negrocentral: transformação de energia potencial gravitacional em energia

radiativa + cinética dos jatos• A acreção se dá através de um “disco de acreção”, que se forma

para conservação do momentum angular

Galáxias Ativas

Modelo Unificado para os AGNs

Galáxias Ativas

O toro de poeira:(concepção artística)

Galáxias Seyfert São na maioria espirais, compõem poucos % de todas as galáxias, e são frequentemente acompanhadas por outras

galáxias. Elas têm núcleos brilhantes

Galáxias Ativas

Galáxias Seyfert Circinus

Tem “starburst”(região de intensaformação estelar)em torno donúcleo. Gás sendoexpelido dagaláxia a partir deventos das estrelase possivelmente dodisco de acreção.

Galáxias Ativas

Radio-galáxias Observadas diretamente, geralmente têm a aparência de uma galáxia

elíptica grande, mas quando observadas em rádio, normalmente apresentam uma estrutura dupla com dois lóbulos emissores localizados um em cada lado da galáxia. Também há presença de um jato de matéria saindo de uma fonte central em seu núcleo, possivelmente de partículas

carregadas se movendo em um campo magnético.

Galáxias Ativas

Centauro A, localizada na constelação do Centauro, é uma das radiogaláxias mais estudadas.

QuasaresUm quasar (quasi-stellar radio source, ou fonte de rádio quase estelar) é

um objeto astronômico distante e poderosamente energético com um núcleo galáctico ativo, de tamanho maior que uma estrela, porém menor do que o mínimo para ser considerados uma galáxia. Um único quasar

emite entre 100 e 1000 vezes mais luz que uma galáxia inteira com cem bilhões de estrelas.

Galáxias Ativas

Blazares O blazar é um corpo celeste que apresenta uma fonte de energia

muito compacta e altamente variável, associada a um buraco negro supermassivo do centro de uma galáxia ativa. Mais de

10000 blazares já foram catalogados.

Galáxias Ativas

Galáxia Starbust Podem gerar 100 ou mais estrelas ao ano, normalmente em consequência de

uma colisão com outra galáxia. Utilizam todos seus gases e poeira em cerca de 100 milhões de anos, período curto comparado a duração de bilhões de anos da

maioria das galáxias. Astrônomos acreditam que elas representam uma fase curta na maneira pela qual as galáxias mudam e evoluem, talvez o estágio

preliminar de uma galáxia ativa.

Galáxias Ativas

Observação de órbita completa de estrela (S2) em torno de Sgr A*: BN com 2x10^6 MSol

(Genzel et al. Out. 2002)

Buracos Negros

Imagem do núcleo da Via Láctea observada com satélite Chandra de raios-X: emissões de energia produzidas por

acreção de matéria ao BN supermassivo.

Buracos Negros

Resultado de observações com o Telescópio Espacial

Hubble: osBNs

supermassivos é proporcional à

massa do bojo da galáxia

Buracos Negros

Como pode ocorrero crescimento dobojo junto com o

do BN:

Época da formação dos BNs supermassivos: junto comas galáxias, quando o Universo tinha uns 2 bilhões de anos deidade (idade atual 13 bilhões de anos). Quasares (observadosmuito longe, e portanto no passado) são os BN supermassivos

em formação: grandes quantidades de energia emitida pelacaptura de matéria pelo BN.

Buracos Negros

Consequências da presença de um BN no centro deuma galáxia, uma vez que todas parecem ter um:

Quando uma estrela chegar auma distância menor do que oraio de maré rT serádestruída, sendo parte damatéria capturada formandoum disco ou anel que ficaorbitando o BN até ser engolidapor ele (Rees 1988).• Para a densidade típica deestrelas no centro das galáxias,frequência destes eventos é de 1a cada 10.000 anos

Buracos Negros

O caso de NGC 1097: estou com sorte?O caso de NGC 1097: estou com sorte?

“ “Numa observação em 1991 da galáxia NGC1097 (ao fundo),Numa observação em 1991 da galáxia NGC1097 (ao fundo),que está a 50 milhões de anos luz de distância detectei “porque está a 50 milhões de anos luz de distância detectei “poracaso” o disco de acreção que pode ter sido formado pelosacaso” o disco de acreção que pode ter sido formado pelosrestos de uma estrela capturada pelo buraco negro central.restos de uma estrela capturada pelo buraco negro central.

Próximo episódio talvez só daqui a 10 000 anos!Próximo episódio talvez só daqui a 10 000 anos!

Nas revistas de divulgação científica saiu: cientista capturaNas revistas de divulgação científica saiu: cientista captura““gritos de despedida” de uma estrela sendo engolida por umgritos de despedida” de uma estrela sendo engolida por um

buraco negro supermassivo!”buraco negro supermassivo!”

-Thaísa Storchi-Bergmann-Thaísa Storchi-Bergmann

Buracos Negros

Observação:Não dá para resolver

disco de acresçãoespacialmente, mas

no espaço develocidades: Perfil dalinha de emissão Hαdo H largo e de duplo

pico.

Interpretação:Disco de gás girando

a alta velocidade(~10000 km/s)

Buracos Negros

Observações recentes com o Gemini: sugerem que disco de acreçãoestá também sendo alimentado por braços espirais nucleares:

Buracos Negros

Conclusão

• Quasares, rádio-galáxias, galáxias ativas em geral: fase na vida de umagaláxia, em que um BN central está “engolindo” matéria;

• Atividade mais intensa maior taxa de acreção de matéria;

• BNs supermassivos presentes em toda as galáxias, crescedo junto comelas; na maior parte do tempo estão quietos, pois estão sem “combustível”;

• Combustível pode ser: matéra que flui para dentro de alguma forma, porexemplo interações entre galáxias; uma estrela que passa perto do BN; gásque “escorre” para o centro ao longo de braços espirais, dando origem aum disco de acreção;

Buracos Negros

Implicações da existência de BNs para nós:

(1) podem ser danosos se formarem-se muito perto, pela explosão de umasupernova, por exemplo;

(2) mas poderiam ser úteis se conseguíssemos “domesticá-los”: fornecemenergia de forma muito eficiente, a partir de qualquer coisa que jogarmos

lá dentro;

Buracos Negros

• Implicações para o Universo:

No futuro as estrelas vão evoluir e esgotar sua fonte de energia, o Universovai se tornar um lugar frio e escuro, onde as últimas estruturas que vão

sobreviver serão os BNs supermassivos....

Buracos Negros

Questionário1-) A sequência de Hubble consistia em categorizar essencialmente três tipos de galáxias, sendo elas:a-) Espirais barradas, irregulares e elípticasb-) Elípticas, espirais e espirais barradasc-) Espirais, elípticas e discoidaisd-) Espirais, elípticas esféricas e elípticas elipsoidal.

2-) Existem dois fatores que podem ser responsáveis pelas diferenças entre as galáxias elípticas e as galáxias espirais, esses fatores são:a-) Condensação de matéria escura e momento angular.b-) Quantidade de movimento giratório e formação de galáxias ativas. c-) Momento angular e o resfriamento.d-) Momento linear e o resfriamento

3-) Edwin Hubble elaborou um dos primeiros e mais simples esquema de classificação de galáxias, para isso ele as subdividiu em categorias, sendo elas “E0-E7”; “Sa, Sb e Sc”; “So”; “SBa, Sbb e Sbc”, assinale a alternativa que contém, respectivamente, os nomes dos tipos de galáxias que representam cada uma dessas categorias.a-) Elípticas, espirais, lenticulares e espirais barradas.b-) Elípticas, espirais barradas, lenticulares e espirais.c-) Elípticas, espirais, lenticulares e irregulares.d-) Elípticas. Espirais, irregulares e espirais barradas.

4-) Vimos nessa aula que as Galáxias Ativas são galáxias que possuem atividade violenta em várias partes do espectro, essa atividade é causada por seu núcleo (AGNs) e a energia dessa atividade vem da acreção de matéria do Buraco Negro central da galáxia. Assinale a alternativa que contenha apenas nomes de tipos de Galáxias Ativas.a-) Quasares, Blazares, Rádio-galáxias, Seyfertb-) Blazares, quasi-galáxias, Seyfert Circinus, AGN LINERsc-) Objetos LB LINERs, quasi-stellar, Seyfert, Blazaresd-) AGN quasi-stellar, Circinus Seyfert, Objetos BL Lac, Rádio-LINERs

Esta imagem a partir de 2009 mostra uma versão atualizada do Hubble Ultra Deep Field. O novo extremo profunda do campo pode ser considerada uma vista mais pormenorizada de uma porção

dessa imagem.(Credit: NASA; ESA; G. Illingworth, UCO/Lick Observatory and the University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, UCO/Lick Observatory and Leiden University; and the

HUDF09 Team)

Fim

Referências

[1] http://www.astro.iag.usp.br/~ronaldo/extragal/Cap1.pdf, acessado em 28/07/2015.

[2] “Ensino à Distância Cosmologia: Da origem ao fim do universo 2015”, Módulo 2, conhecendo o universo em que vivemos; ed DAED.

[3] http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/Astro.html, acessado em 28/07/2015

[4] http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/FIS02207/gal_ativas.PDF, acessado em 06/08/2015

[5] http://astro.if.ufrgs.br/galax/galax.htm, acessado em 06/08/2015.

http://www.astro.iag.usp.br/~ronaldo/extragal/Cap1.pdf

http://professor.ufabc.edu.br/~pieter.westera/Astro.html

http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/FIS02207/gal_ativas.PDF

http://astro.if.ufrgs.br/galax/galax.htm

ensino de astronomia ufabc aula: galáxias ii · evolução das galáxias. observando galáxias...

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