Galáxias Super Espirais Giram Super Rápido

A linha superior deste mosaico apresenta imagens do Hubble de três galáxias espirais, cada uma pesando várias vezes mais que a Via Láctea. A linha inferior mostra três galáxias espirais ainda mais massivas que se qualificam como 'super espirais', que foram observadas pelo Sloan Digital Sky Survey, baseado no solo. Super espirais normalmente têm 10 a 20 vezes a massa da Via Láctea. A galáxia no canto inferior direito, 2MFGC 08638, é a super espiral mais maciça conhecida até hoje, com um halo de matéria escura pesando pelo menos 40 trilhões de sóis. Crédito: Linha superior: NASA, ESA, P. Ogle e J. DePasquale (STScI). Linha inferior: SDSS, P. Ogle e J. DePasquale (STScI)

Quando se trata de galáxias, quão rápido é rápido? A Via Láctea, uma galáxia espiral média, gira a uma velocidade de 210 km/s na vizinhança do Sol. Novas pesquisas descobriram que as galáxias espirais mais massivas giram mais rápido do que o esperado. Essas "super espirais", a maior das quais pesa cerca de 20 vezes mais que a Via Láctea, giram a uma velocidade de até 570 km/s.
Super espirais são excepcionais em quase todos os aspectos. Além de serem muito mais massivas que a Via Láctea, elas também são mais brilhantes e maiores em tamanho físico. O diâmetro dessas galáxias pode chegar a 450.000 anos-luz em comparação com o diâmetro de 100.000 anos-luz da Via Láctea. Somente cerca de 100 super espirais são conhecidas até o momento. As super espirais foram descobertas como uma nova classe importante de galáxias enquanto astrônomos estudavam dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), bem como do Banco de Dados Extragaláctico da NASA / IPAC (NED).
"As super espirais são extremas em muitas medidas", diz Patrick Ogle, do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, em Baltimore, Maryland. "Elas quebram os recordes de velocidade de rotação".
Ogle é o primeiro autor de um artigo publicado em 10 de outubro de 2019, no Astrophysical Journal Letters. O artigo apresenta novos dados sobre as taxas de rotação de super espirais coletadas no Grande Telescópio da África Austral (SALT), o maior telescópio óptico único do hemisfério sul. Dados adicionais foram obtidos usando o telescópio Hale de 5 metros do Observatório Palomar, operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia. Os dados da missão WISE (Wide Field Infrared Survey Explorer) da NASA foram cruciais para medir as massas de estrelas das galáxias e suas taxas de formação.
A teoria sugere que as super espirais giram rapidamente porque estão localizadas dentro de nuvens incrivelmente grandes, ou halos, de matéria escura. A matéria escura está ligada à rotação da galáxia há décadas. A astrônoma Vera Rubin foi pioneira no trabalho sobre as taxas de rotação das galáxias, mostrando que as galáxias espirais giram mais rápido do que se a gravidade fosse exclusivamente devida às estrelas e gás constituintes.
Uma substância invisível adicional conhecida como matéria escura deve influenciar a rotação da galáxia. Espera-se que uma galáxia espiral de uma determinada massa de estrelas gire a uma certa velocidade. A equipe de Ogle descobriu que as super espirais excedem significativamente a taxa de rotação esperada.
As super espirais também residem em halos maiores que a média da matéria escura em galáxias espirais normais. O halo mais massivo medido por Ogle contém matéria escura suficiente para pesar pelo menos 40 trilhões de vezes mais que o nosso sol. Essa quantidade de matéria escura normalmente deveria conter um grupo de galáxias em vez de uma única galáxia. "Parece que o giro de uma galáxia é definido pela massa de seu halo de matéria escura", explica Ogle.
O fato de as super espirais quebrarem a relação usual entre a massa das estrelas nas galáxias e a taxa de rotação é uma nova evidência contra uma teoria alternativa da gravidade conhecida como Dinâmica Newtoniana Modificada, ou MOND. A MOND propõe que nas escalas maiores, como galáxias e aglomerados de galáxias, a gravidade é um pouco mais forte do que seria previsto por Newton ou Einstein. Isso faria com que as regiões externas de uma galáxia espiral, por exemplo, girassem mais rápido do que o esperado, com base em sua massa das estrelas. O MOND foi projetado para reproduzir o relacionamento padrão nas taxas de rotação em uma galáxia espiral normal, portanto, não pode explicar valores extremos como as super espirais. As observações das galáxias super espirais sugerem que não é necessária nenhuma dinâmica não newtoniana.
Apesar de serem as galáxias espirais mais massivas do Universo, as super espirais estão abaixo do peso das estrelas, em comparação com o que seria esperado pela quantidade de matéria escura que elas contêm. Isso sugere que a grande quantidade de matéria escura inibe a formação de estrelas. Existem duas causas possíveis: 1) Qualquer gás adicional que é puxado para a galáxia se choca e esquenta, impedindo que esfrie e forme estrelas, ou 2) O giro rápido da galáxia dificulta o colapso das nuvens de gás contra a influência da força centrífuga.
"Esta é a primeira vez que encontramos galáxias espirais tão grandes assim", diz Ogle.
Apesar dessas influências perturbadoras, as super espirais ainda são capazes de formar estrelas. Embora as maiores galáxias elípticas tenham formado todas ou a maior parte de suas estrelas há mais de 10 bilhões de anos, as super espirais ainda estão formando estrelas hoje. Elas convertem cerca de 30 vezes a massa do Sol em estrelas todos os anos, o que é normal para uma galáxia desse tamanho. Em comparação, nossa Via Láctea forma cerca de uma massa solar de estrelas por ano.
Ogle e sua equipe propuseram observações adicionais para ajudar a responder perguntas importantes sobre super espirais, incluindo observações projetadas para estudar melhor o movimento de gás e estrelas em seus discos. Após o seu lançamento em 2021, o Telescópio Espacial James Webb da NASA poderá estudar super espirais a distâncias e idades maiores e   correspondentemente mais jovens para aprender como elas evoluem ao longo do tempo. E a missão WFIRST da NASA pode ajudar a localizar mais super espirais, que são extremamente raras, graças ao seu amplo campo de visão.

Fonte: Space Daily