Os resultados fornecem um plano para encontrar tais sistemas nas áreas mais silenciosas e vazias do espaço profundo.

 As galáxias anãs são minúsculas e escuras, com apenas uma fração das estrelas localizadas na Via-Láctea e várias outras galáxias. Existem, no entanto, gigantes entre as anãs: galáxias ultra-difusas, ou UDGs, são sistemas anões que possuem relativamente poucas estrelas, mas estão espalhadas por grandes áreas. Por serem tão difusos, esses sistemas são difíceis de detetar, embora a maioria tenha sido localizada em aglomerados de galáxias maiores e mais brilhantes.

Atualmente, astrónomos do MIT, da Universidade da Califórnia em Riverside e de outros lugares têm utilizado simulações detalhadas para encontrar UDGs “apagados” — um tipo incomum de galáxia anã que parou de produzir estrelas. Eles determinaram muitos desses sistemas nas suas simulações e descobriram que as galáxias não estavam em aglomerados, mas, em vez disso, exiladas em vazios — áreas silenciosas e quase vazias do universo.

Este isolamento contradiz as previsões dos astrónomos de como os UDGs devem se desenvolver. Portanto, a equipa utilizou as mesmas simulações para retroceder a evolução dos sistemas anões e ver precisamente como eles apareciam.

Os cientistas descobriram que UDGs extintos provavelmente coalesceram em halos de matéria escura com energia angular anormalmente alta. Muito parecido com uma máquina de algodão-doce, este ambiente severo pode ter atraído galáxias anãs que estavam anormalmente esticadas.

Esses UDGs depois disso avançaram em aglomerados de galáxias, como a maioria dos UDGs, mas as interações na coleção provavelmente expulsaram os anões para o vazio, dando-lhes vastas trajetórias semelhantes a um bumerangue chamadas órbitas “backsplash”. Ao fazer isso, o gás das galáxias foi removido, deixando as galáxias “apagadas” e incapazes de criar  estrelas.

As simulações revelaram que tais UDGs deveriam ser mais comuns do que o que foi observado. Os pesquisadores dizem que os seus resultados, divulgados hoje na Nature Astronomy, fornecem uma disposição para os astrónomos irem à procura desses gigantes anões nos vazios do universo.

“Sempre nos esforçamos para obter um consenso total das galáxias que temos em nosso universo”, diz Mark Vogelsberger, professor associado de física do MIT. “Este estudo de pesquisa está adicionando uma nova população de galáxias que a simulação prevê. Além disso, agora precisamos tentar encontrá-los no universo real. ”

Vogelsberger co-liderou o estudo com Laura Sales da UC Riverside e José A. Benavides do Instituto de Astronomia Teórica e Experimental da Argentina.

Vermelho vs. azul

A busca do grupo por UDGs extintos começou com um simples exame de satélites UDG – sistemas ultra-difusos que residem fora dos aglomerados de galáxias. Os astrónomos preveem que os UDGs nos aglomerados devem ser extintos, já que sem dúvida estariam cercados por outras galáxias que apagariam o gás já difuso do UDG e desligariam a geração de estrelas. Depois disso, UDGs extintos em aglomerados devem ser compostos principalmente de estrelas velhas e aparecer em vermelho.

Se UDGs existem fora dos aglomerados, eles devem continuar a bombear estrelas no vazio, já que não haveria nenhum outro gás competidor de várias outras galáxias para apagá-los. Como resultado, prevê-se que os UDGs no vazio sejam ricos em novas estrelas e também apareçam em azul.

Quando o grupo verificou as descobertas anteriores de satélites UDG fora dos ‘clusters’, a maioria era azul como previsto — alguns eram vermelhos. 

“Foi isso que chamou a nossa atenção”, afirma Sales. “E pensamos: ‘O que eles poderiam estar a fazer lá? Exatamente como eles se desenvolveram? ‘ Não houve uma boa explicação. ”

Cubo estelar

Para encontrar um, os pesquisadores procuraram o TNG50, uma simulação cosmológica aprofundada da formação de galáxias criada por Vogelsberger e outros no MIT e em outros lugares. A simulação funciona em alguns dos supercomputadores mais eficazes em todo o mundo sendo feita para evoluir um volume significativo do universo, desde condições semelhantes às logo após o Big Bang até os dias atuais.

A simulação é baseada em princípios fundamentais da física e nas complexas interações entre matéria e gás. Os seus resultados foram exibidos em várias situações para concordar com o que os astrónomos observaram no universo real. Como resultado, o TNG50 foi utilizado como um modelo preciso de como e onde vários tipos de galáxias evoluem temporal.

No seu novo estudo, Vogelsberger, Sales e Benavides usaram TNG50 primeiro para verificar se eles poderiam encontrar UDGs extintos fora dos aglomerados de galáxias. Eles começaram com um cubo do universo primitivo com cerca de 150 milhões de anos-luz de largura e executaram a simulação até os dias atuais. Em seguida, eles examinaram a simulação, especialmente para UDGs em vazios, e descobriram que, como esperado, muitos dos que detetaram eram azuis. No entanto, um número surpreendente — cerca de 25 por cento — estava vermelho ou apagado.

Eles concentraram-se nessas anãs satélites vermelhas e utilizaram a mesma simulação, desta vez como uma categoria de máquina do tempo, para ver como, quando e de onde essas galáxias vieram. Eles descobriram que esses sistemas eram inicialmente parte de aglomerados, mas foram de alguma forma lançados no vazio, numa órbita muito mais elíptica, “backsplash”.

“Essas órbitas são praticamente como as dos cometas no nosso sistema solar”, afirma Sales. “Alguns partem e orbitam de volta, e outros podem ser encontrados uma vez e nunca mais. Para UDGs extintos, uma vez que as suas órbitas são bastante elípticas, eles não tiveram tempo de retornar, mesmo durante toda a vida do universo. Eles ainda estão em campo”.

Além disso, as simulações mostraram que vermelho dos UDGs apagados ocorreu a partir da sua ejeção — um processo violento removeu o gás de formação de estrelas das galáxias, deixando-o apagado e vermelho. Rodando as simulações ainda mais no tempo, a equipa observou que os sistemas remotos, como as galáxias, se originavam em halos de matéria escura, onde o gás se integra aos discos galácticos. No entanto, para UDGs extintos, os halos pareciam girar mais rápido do que o normal, gerando galáxias estendidas e ultradifusas.

Uma vez que os cientistas entendem melhor onde e como UDGs extintos surgiram, eles esperam que os astrónomos possam utilizar as suas descobertas para ajustar os telescópios para determinar mais anãs vermelhas isoladas — que as simulações indicam que deveriam estar a rondar em números maiores do que os astrónomos descobriram até agora.

“Surpreendentemente, as simulações podem produzir todos esses objetos minúsculos”, diz Vogelsberger. “Prevemos que deve haver ainda mais desse tipo de galáxia por aí. Isso torna o nosso trabalho incrível. ”

Originalmente publicado em Scitechdaily.com. Leia o artigo original.

Referência: “Galáxias ultra-difusas quiescentes no campo originadas de órbitas backsplash” por José A. Benavides, Laura V. Sales, Mario. G. Abadi, Annalisa Pillepich, Dylan Nelson, Federico Marinacci, Michael Cooper, Ruediger Pakmor, Paul Torrey, Mark Vogelsberger e Lars Hernquist, 6 de setembro de 2021,  Nature Astronomy.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01458-1