Galáxias gigantes: colisões, fusões e absorção

Fusão de galáxias — Dança cósmica e forças de maré. A majestosa galáxia espiral NGC 1532 (vista de perfil) sofre a influência gravitacional da sua pequena vizinha, a galáxia lenticular NGC 1531, visível logo acima do seu bojo central.
Fonte da imagem: ESO/IDA/Danish 1.5 m/R.Gendler and J.-E. Ovaldsen (nova janela)

Resumo científico

O artigo da Astronoo apresenta o canibalismo galáctico, um processo pelo qual uma galáxia massiva absorve galáxias menores sob o efeito da gravidade. As observações dos grandes telescópios e dos levantamentos sistemáticos revelam correntes estelares, caudas de maré e halos estendidos, assinaturas de fusões passadas ou em curso. A fricção dinâmica e o stripping de maré arrancam progressivamente as estrelas e o gás dos satélites, que espiralam para o centro da galáxia hospedeira. O modelo ΛCDM prevê este crescimento hierárquico, confirmado pela história da Via Láctea e de Andrómeda, que absorveram numerosas galáxias anãs.

Como é que as colisões e a absorção de galáxias transformam certas galáxias em gigantes?

Este artigo é dedicado ao canibalismo galáctico, o processo pelo qual uma galáxia massiva atrai, deforma e depois absorve galáxias satélites sob o efeito da gravidade. Mas como é que estas colisões e absorções transformam certas galáxias em gigantes? A resposta reside na hierarquia cósmica: as galáxias mais massivas construíram-se por fusões sucessivas, trazendo cada absorção estrelas, gás e matéria escura. As forças de maré gravitacionais esticam a galáxia satélite, que perde progressivamente as suas estrelas sob a forma de correntes estelares, enquanto a fricção dinâmica a faz espiralar para o centro da galáxia hospedeira. Este fenómeno modifica a morfologia, o perfil de densidade e a composição química da galáxia dominante, e deixa assinaturas observáveis como os halos estendidos, as conchas estelares ou os núcleos múltiplos. O modelo ΛCDM prevê este crescimento hierárquico, confirmado pela história da Via Láctea, que absorveu várias galáxias anãs, e pela de Andrómeda e dos seus satélites. O artigo detalha os mecanismos em jogo, as provas observacionais e os exemplos mais notáveis destas fusões galácticas.

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Mecanismos do canibalismo galáctico

Um processo de crescimento gravitacional

O canibalismo galáctico é um processo astrofísico pelo qual uma grande galáxia atrai e absorve galáxias menores sob o efeito da gravidade. Este fenómeno contribui para o crescimento das galáxias gigantes e para a formação de halos estelares estendidos.

Deformação pelas forças de maré

As forças de maré gravitacionais deformam e esticam a galáxia menor, provocando a perda progressiva das suas estrelas e do seu gás. A energia cinética é dissipada, e os materiais são progressivamente integrados na galáxia dominante, criando fluxos estelares e correntes de matéria.

Hierarquia cósmica e modelo ΛCDM

Este mecanismo de hierarquia cósmica, previsto pelo modelo ΛCDM, explica como as galáxias massivas que observamos hoje se formaram e evoluíram graças a fusões sucessivas com galáxias satélites. A nossa própria Via Láctea ilustra perfeitamente este processo, tendo absorvido várias galáxias anãs ao longo da sua história.

Processo de acreção e assimilação

Três etapas de acreção

A acreção das galáxias satélites ocorre através de vários mecanismos. Primeiro, o stripping de maré arranca as estrelas e a matéria escura da galáxia satélite, formando correntes estelares e halos. Em seguida, a fricção dinâmica abranda a galáxia satélite, provocando a sua espiral para o centro da galáxia primária. Finalmente, a assimilação completa ocorre quando o satélite é deslocado e os seus constituintes são incorporados na galáxia hospedeira.

N.B.:
O stripping de maré é um processo astrofísico em que as estrelas e o gás de uma galáxia satélite são arrancados sob o efeito das forças de maré gravitacionais exercidas por uma galáxia hospedeira mais massiva. Estas forças podem esticar a galáxia satélite e formar fluxos estelares ou correntes de matéria observáveis em torno da galáxia dominante. Este mecanismo contribui para a formação de halos estelares estendidos e para a evolução morfológica das galáxias.

Consequências cósmicas

Modificações morfológicas e químicas

Este processo modifica a morfologia, o perfil de densidade e a composição química da galáxia hospedeira. As observações de galáxias elípticas massivas mostram frequentemente assinaturas de fusões passadas, como anéis, arcos e fluxos de matéria difusos.

Exemplos notáveis de canibalismo galáctico e de fusões

A tabela abaixo apresenta vários sistemas galácticos em que foram identificadas interações de tipo canibalismo ou fusão, com as suas principais características observacionais.

Exemplos notáveis de canibalismo galáctico e fusões no Universo local
Sistema galáctico	Tipo de interação	Escala temporal	Evidências observacionais	Massa relativa
Via Láctea - Galáxia anã de Sagitário	Acreção em curso	2-4 mil milhões de anos	Correntes de maré, sobredensidade estelar	1:100
Via Láctea - Galáxia anã do Cão Maior	Acreção recente	1-2 mil milhões de anos	Sobredensidade de estrelas gigantes M	1:300
Via Láctea - Galáxia de Encélado (Gaia-Enceladus)	Fusão maior passada	8-10 mil milhões de anos	População estelar distinta no halo	1:4
Galáxia de Andrómeda (M31) - M32	Absorção avançada	Fusão passada	Perturbações dinâmicas, disco espesso	1:50
Galáxia de Andrómeda - Galáxia do Triângulo (M33)	Interação futura	Colisão prevista em 2-4 G anos	Deformação do braço externo de M33	1:10
Galáxia do Sombrero (M104)	Fusão maior	1-2 mil milhões de anos	Halos estendidos, conchas estelares	1:3 (fusão)
Aglomerado de Virgem - Galáxias elípticas	Canibalismo de aglomerado	Em curso	Galáxias com núcleo múltiplo, correntes de maré	Variável
NGC 4676 (Os Ratos)	Colisão em curso	150-200 milhões de anos	Caudas de maré estendidas	1:1
Antenas (NGC 4038/4039)	Fusão avançada	100-200 milhões de anos	Cauda dupla, surto de formação estelar	1:1.3
NGC 520	Fusão intermédia	300 milhões de anos	Disco perturbado, ponte de matéria	1:1.5
NGC 3256	Fusão de galáxias com surto estelar	400 milhões de anos	Cauda de maré, núcleos duplos	1:1
NGC 1275 (Galáxia de Perseu)	Canibalismo ativo com várias galáxias	Em curso	Sistemas de filamentos, múltiplos núcleos	1:10 a 1:100
Galáxia do Charuto (M82)	Interação com M81	100 milhões de anos	Surto estelar, emissão HI	1:2
NGC 7727	Fusão avançada	1 mil milhões de anos	Múltiplas conchas, fluxos estelares	1:2
ESO 593-8 (Tinker Bell Triplet / IRAS 19115-2124)	Fusão tripla em curso	Em curso (fase ativa)	Três núcleos galácticos, múltiplas caudas de maré	1:1.2:2.5

Referências

FAQ: tudo o que precisa de saber sobre o canibalismo galáctico

O que é o canibalismo galáctico?

O canibalismo galáctico é o processo pelo qual uma galáxia massiva absorve uma ou várias galáxias menores sob o efeito da gravidade. Este fenómeno, previsto pelo modelo ΛCDM, contribui para o crescimento das galáxias gigantes e para a formação de halos estelares estendidos. Manifesta-se através de assinaturas observáveis como as correntes estelares, as caudas de maré ou os núcleos múltiplos.

Como é que uma galáxia absorve outra galáxia?

A absorção desenrola-se em várias etapas. Primeiro, as forças de maré gravitacionais esticam a galáxia satélite e arrancam as suas estrelas e o seu gás (stripping de maré). Em seguida, a fricção dinâmica exercida pelo halo de matéria escura da galáxia hospedeira abranda o satélite, que espirala para o centro. Finalmente, o satélite é totalmente deslocado e os seus constituintes são incorporados na galáxia dominante, modificando a sua morfologia e a sua composição química.

A Via Láctea absorve outras galáxias?

Sim. A Via Láctea está atualmente envolvida na absorção de várias galáxias anãs, nomeadamente a galáxia anã de Sagitário e a do Cão Maior, cujas correntes estelares são observadas no halo galáctico. Também conheceu uma fusão maior há cerca de 8 a 10 mil milhões de anos com Gaia-Enceladus, cuja população estelar distinta foi identificada pela missão Gaia.

O que acontece quando duas galáxias de tamanho comparável entram em colisão?

Quando duas galáxias de massa semelhante se encontram, o processo é designado por fusão maior. As forças de maré deformam fortemente ambas as galáxias e desencadeiam intensos surtos de formação estelar. Após várias centenas de milhões de anos, os dois sistemas fundem-se numa única galáxia, frequentemente elíptica, cuja morfologia e cinemática guardam o traço da colisão.

As estrelas colidem durante uma fusão galáctica?

Não, as colisões diretas entre estrelas são extremamente raras, porque as distâncias que as separam são gigantescas em comparação com o seu tamanho. Em contrapartida, as nuvens de gás interestelar colidem frequentemente, o que provoca ondas de choque e estimula a formação de novas estrelas. São, portanto, as órbitas estelares, e não as estrelas em si, que são profundamente perturbadas.

A Via Láctea fundir-se-á com Andrómeda?

Sim. A galáxia de Andrómeda (M31) aproxima-se da Via Láctea a cerca de 110 quilómetros por segundo. As simulações preveem um primeiro encontro dentro de cerca de 4 mil milhões de anos, seguido de uma fusão completa que formará uma grande galáxia elíptica, por vezes apelidada de "Lactomeda". As estrelas em si não colidirão, mas o sistema solar poderá ser deslocado para outra região da galáxia resultante.