Galáxias elípticas não conseguem produzir novas estrelas

O observatório espacial Herschel descobriu enormes galáxias elípticas no Universo próximo contendo uma abundância de gás frio, embora elas não conseguem produzir novas estrelas.

© DSS/Chandra/SOAR/VLA (galáxia elíptica NGC 5044)

Comparando com outros dados sugerem que, enquanto o gás quente arrefece nestas galáxias, estrelas não são formadas devido aos jatos de calor do buraco negro supermassivo central ou agitação do gás evitando que gerem estrelas.
 
As galáxias elípticas gigantes são o tipo mais intrigante de galáxia no Universo. Uma vez que elas misteriosamente encerram suas atividades de formação de estrelas que são de baixa massa e aparecem vermelhas, muitas vezes denominadas de galáxias vermelhas mortas.
Até agora, pensava-se que as galáxias vermelhas mortas eram pobres em gás frio, a matéria-prima vital da qual nascem as estrelas. Enquanto o gás frio é abundante em galáxias espirais com formação estelar, a falta dela em elípticas gigantes parecia explicar a ausência de novas estrelas.
Os astrônomos têm debatido sobre os processos físicos que levam ao fim da sua formação de estrelas. Eles especulam que estas galáxias de alguma forma expulsou o gás frio, ou que haviam simplesmente usado tudo para formar estrelas no passado. Embora a razão era incerta, uma coisa parecia ter sido estabelecida: essas galáxias são vermelhas e mortas porque já não possuem os meios para sustentar a produção de estrelas.
Este ponto de vista está sendo desafiado por um novo estudo baseado em dados do observatório espacial Herschel da ESA.

© DSS/Chandra/VLA (galáxia elíptica NGC 1399)

"Olhamos para oito galáxias elípticas gigantes que ninguém tinha olhado com Herschel antes e tivemos o prazer de descobrir que, ao contrário da crença anterior, seis dos oito abundam com gás frio", explica Norbert Werner, da Universidade Stanford, na Califórnia, EUA, que liderou o estudo.
Esta é a primeira vez que os astrônomos têm visto grandes quantidades de gás frio nas galáxias vermelhas mortas que não estão localizadas no centro de um aglomerado de galáxias maciço.
O gás frio se manifestou por meio de emissões de infravermelho distante de íons de carbono e átomos de oxigênio. A sensibilidade do Herschel nestes comprimentos de onda foi fundamental para a descoberta .
"Enquanto vemos o gás frio, não há nenhum sinal de formação de estrelas em curso", diz o co-autor Raymond Oonk de ASTRON , o Instituto Holandês de Radioastronomia.
"Isso é bizarro: com abundância de gás frio à sua disposição, por que estas galáxias não estão formando estrelas?"

© Norbert Werner/Universidade Stanford (espectro das galáxias elípticas NGC 5044 e NGC 1399)

O gráfico acima mostra o espectro obtido pelo Herschel das galáxias elípticas NGC 5044 e NGC 1399. A linha de emissão de carbono fortemente ionizado (linha ajustada emvermelho) revela que a galáxia NGC 5044 contém grandes quantidades de gás frio, enquanto que a galáxia NGC 1399 apresenta ausência da linha de emissão de carbono ionizado sugerindo que esta galáxia não provida de gás frio.

Os astrônomos passaram a investigar a sua amostra de galáxias em todo o espectro eletromagnético , uma vez que o gás em diferentes temperaturas brilha em diferentes comprimentos de onda. Eles utilizaram imagens ópticas para sondar o gás quente, a temperaturas ligeiramente mais elevadas do que o frio detectado com Herschel, e dados de raios X do observatório Chandra da NASA para traçar o gás quente, até dezenas de milhões de Kelvin.
"Nas seis galáxias ricas em gás frio, os dados mostram raios X mostram sinais de que o gás quente está resfriando", diz Werner.
Isto é consistente com as expectativas teóricas: uma vez arrefecido, o gás quente se tornaria o gás morno e frio que são observados em comprimentos de onda mais longos. No entanto, nestas galáxias o processo de arrefecimento de alguma forma está parado e o gás frio não se condensou para formar estrelas.
Nas outras duas galáxias da amostra, aquelas sem gás frio, o gás quente não parece estar se esfriando.
"O comportamento contrastante dessas galáxias podem ter uma explicação comum: o buraco negro supermassivo central", acrescenta Oonk.
Em alguns modelos teóricos, o nível de atividade de um buraco negro poderia explicar por que o gás em uma galáxia é capaz, ou não, de resfriar e formar estrelas. E isso parece aplicar-se para as galáxias estudadas por Werner e seus colegas também.
Enquanto as seis galáxias com abundância de gás frio abrigam buracos negros moderadamente ativos em seus centros, as outras duas mostram uma diferença marcante. Nas duas galáxias sem gás frio, os buracos negros centrais acumulam matéria num ritmo frenético, sendo confirmado por observações de rádio mostrando poderosos jatos de partículas altamente energéticos que se originam a partir de seus núcleos.

Os jatos podem conduzir um efeito de arrefecimento do gás quente para baixo, que flui em direção ao centro das galáxias. Este influxo de gás frio pode aumentar a taxa de acreção do buraco negro, o lançamento dos jatos que são observadas em comprimentos de onda de rádio.
Os jatos, por sua vez, têm o potencial para reaquecer o reservatório de gás frio da galáxia, ou mesmo para empurrá-lo fora do alcance da galáxia. Este cenário pode explicar a ausência de formação de estrelas em todas as galáxias observadas neste estudo e, ao mesmo tempo, a falta de gás frio naquelas com jatos poderosos.
"Essas galáxias são vermelas, mas com os buracos negros gigantes bombeando em seus núcleos, elas não estão definitivamente mortas", comenta Werner.
"Mais uma vez, o Herschel detectou algo que nunca foi visto antes: quantidades significativas de gás frio nas galáxias vermelhas e mortas próximas, no entanto, estas galáxias não formam estrelas, e o culpado parece ser o buraco negro", observa Göran Pilbratt, cientista do projeto Herschel na ESA.

Estes resultados foram publicados no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: ESA