Simulação da Formação de Galáxias

A simulação de computador mostra como galáxias evoluem ao longo de bilhões de anos. Os resultados mostram que o gás frio, combustível para a formação de estrelas, formam espirais direcionados aos núcleos das galáxias. 

 

egundo Kyle Stewart, principal autor do novo estudo publicado na edição de 20 de maio do Astrophysical Journal, o preocesso de formação de galáxia é caótico,  demandando meses de processamento dos supercomputadores, para simular e aprender sobre como esse processo funciona. Stewart, que está agora na Universidade Batista da Califórnia, em Riverside, Califórnia, completou a maior parte deste trabalho.

 

No início do universo, as galáxias se formaram fora de aglomerados de matéria, conectados por filamentos em uma teia cósmica gigante. Dentro das galáxias, pepitas de gás resfriado e condensado, transformando-se denso o suficiente para provocar o nascimento de estrelas. Na nossa galáxia espiral, Via Láctea, nos seus bilhões de estrelas tomou forma seguindo este caminho.

 

O modelo padrão anterior de formação de galáxias, o gás quente mergulha nos centros de galáxias em expansão em todas as direções. Nuvens de gás colidem entre si, enviando ondas de choque, que, em seguida, aquece o gás.

 

No caso de galáxias, o gás viaja em queda mais rápida do que a velocidade do som, empilhando-se em ondas. Eventualmente, o gás esfria e cai para o centro galáctico. Este processo foi teorizado para ser lento, levando até 8 bilhões de anos.

 

Uma pesquisa recente desmentiu este cenário em galáxias menores, mostrando que o gás não é aquecida. Uma teoria alternativa "modo frio" de formação de galáxias foi proposto em vez disso, o que sugere que o gás frio pode convergir ao longo dos filamentos em centros de galáxias. Stewart e seus colegas começaram a testar esta teoria e resolver os mistérios sobre como o gás frio entra em galáxias, bem como a taxa na qual ele espirais dentro

 

Desde que levariam bilhões de anos para assistir a evolução de uma galáxia, a equipe simulou o processo de utilização de supercomputadores no JPL; Ames Research Center da NASA, em Moffett Field, na Califórnia, e da Universidade da Califórnia, Irvine. Eles realizaram quatro simulações diferentes da formação de uma galáxia como a Via Láctea, a partir de 57 milhões de anos após o Big Bang até os dias atuais.

 

As simulações começaram com os ingredientes iniciais para galáxias, hidrogênio, hélio e matéria escura e, em seguida, deixaram que as leis da Física criassem suas obras-primas. Supercomputadores são necessários devido ao enorme número de interações.

 

"As simulações são como um gigantesco jogo de xadrez", disse Alyson Brooks, um co-autor do estudo e especialista em simulações de galáxias na Universidade de Wisconsin, Madison.

 

"Para cada momento, temos que descobrir como uma partícula, a nossa peça de xadrez, deve mover-se com base nas posições de todas as outras partículas. Há dezenas de milhões de partículas na simulação, para descobrir como as forças gravitacionais afetam cada partícula é demorado".

 

Os novos resultados confirmaram que os fluxos de gás frio ao longo dos filamentos mostram, pela primeira vez, que o gás gira mais rápido do que se acreditava anteriormente. As simulações também revelaram que o gás está seguindo o seu caminho até os centros das galáxias de forma mais rápida do que no "modo quente" de formação de galáxias, em cerca de 1 bilhão de anos.

 

Os pesquisadores analisaram também a matéria escura, uma substância invisível, que compõem cerca de 85 por cento da matéria no universo. As galáxias se formam de partes de matéria normal, a chamada matéria bariônica que é composta de átomos e matéria escura. As simulações mostraram que a matéria escura também está girando a uma velocidade maior ao longo dos filamentos, em espiral no centro da galáxia.

 

Os resultados ajudaram a responder um enigma em astronomia sobre galáxias com discos extensos de material girarando em torno e longe de seus centros. Os pesquisadores não entenderam ainda como o material exterior poderia estar girando tão rápido. O modo frio permite que essa rápida rotação, encaixa uma outra peça no quebra-cabeça de como as galáxias crescem.

 

"O objetivo da simulação de galáxias é compará-los com o que os telescópios observaram e ver se realmente entendemos como construir uma galáxia", disse Stewart. "Isto nos ajuda a dar sentido do universo real."

 

Outros autores do artigo são: James Bullock, da Universidade da Califórnia, em Irvine; Ariyeh Maller do New York City College of Technology, Brooklyn, NY, Jürg Diemand da Universidade de Zurique, na Suíça, e James Wadsley da Universidade McMaster, Hamilton, Ontario, Canadá.

 

JPL é gerida pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena para a NASA.

 

Ver simulação abaixo.