Canibalismo galáctico

Domingos Sávio de Lima Soares

20 de julho de 2009

As galáxias estão distribuídas no espaço cósmico de maneiras diversas. Algumas vezes elas estão muito distantes umas das outras. Outras vezes elas se aglomeram, isto é, se ajuntam em grupos ligados pela atração gravitacional mútua. Estes grupos podem ter desde duas galáxias -- as chamadas galáxias binárias -- até milhares de galáxias -- os chamados aglomerados de galáxias.

Quando em grupos, as galáxias podem interagir fortemente, e, em virtude desta interação, perder completamente a sua individualidade. Dois fenômenos podem ocorrer neste caso. A fusão, quando duas galáxias de tamanho comparável se juntam, fundindo-se em uma só, e o canibalismo galáctico, quando uma galáxia, literalmente, "engole" uma companheira de muito menor tamanho. Mostrarei a seguir alguns exemplos de canibalismo entre as galáxias, e descreverei como ocorre este fenômeno e algumas das características da galáxia canibal, que é, nos casos mais espetaculares, uma gigantesca galáxia!

Para começar vamos ver uma imagem extraordinária. Trata-se de uma galáxia canibal localizada no centro de um aglomerado de galáxias. A propósito, a maioria das galáxias canibais é encontrada nos centros de grandes aglomerados. O motivo é muito simples: é lá que se encontra "comida" em abundância. Vejam na figura a galáxia central do aglomerado de galáxias denominado Abell 3827.

Antes de continuar, devo falar um pouco sobre os aglomerados Abell. Em 1958, o astrônomo norte-americano George Abell (1927-1983) determinou o primeiro catálogo de aglomerados de galáxias. Cada aglomerado possui pelo menos 50 galáxias, presas umas às outras pela atração gravitacional mútua. Inicialmente o catálogo de Abell possuía 2.712 aglomerados, observados no céu do hemisfério norte. Posteriormente, em 1989, ele foi complementado com mais 1.361 aglomerados observados no céu do hemisfério sul. O catálogo completo de Abell possui, portanto, 4.073 aglomerados de galáxias. A galáxia que discutiremos está localizada no aglomerado de número 3827 na lista completa de Abell.

Este aglomerado está localizado a 1,5 bilhão de anos-luz. O que vemos na imagem era a situação há 1,5 bilhões de anos. Ou seja, hoje, muitas das galáxias vistas em sua periferia já terão sido canibalizadas!

Como todas as galáxias canibais, a galáxia central de Abell 3827 é uma devoradora insaciável. Todas as galáxias menores localizadas em sua proximidade têm um destino inexorável: serem "engolidas" pela gigantesca canibal. Vamos ver agora como isto acontece.

O grande protagonista do fenômeno do canibalismo galáctico é a força da gravidade. A canibalização ocorre em duas etapas principais. Em primeiro lugar, a atração gravitacional da galáxia canibal age no sentido de arrancar as estrelas mais externas da galáxia alimento. A força da gravidade varia em intensidade através da galáxia alimento. Na sua parte mais próxima ela é maior, e é menor nas regiões mais afastadas. Este tipo de força é denominada "força de maré". O seu nome vem de seu efeito mais comum, qual seja, as marés oceânicas na Terra, provocadas principalmente pela atração gravitacional da Lua sobre os oceanos. Pois bem, as forças de maré arrancam as estrelas externas do "alimento", tanto da parte mais próxima quanto da parte mais afastada. Estas estrelas têm dois destinos bastante distintos, dependendo das condições iniciais presentes no movimento da galáxia alimento. Entre outros fatores, podemos mencionar, a forma de sua órbita em torno da canibal e do sentido de sua rotação intrínseca, ou seja, se ela gira no mesmo sentido do movimento orbital ou no sentido contrário, e, além do mais, da rapidez desta rotação.

Galáxia central do aglomerado de galáxias Abell 3827. As cores são artificiais e representam a variação do brilho da galáxia. Os cinco "caroços" amarelos localizados no centro da imagem são os restos de cinco galáxias, as quais foram canibalizadas por esta galáxia gigante. Note as inúmeras pequenas galáxias localizadas ao redor do núcleo da galáxia gigante. O destino delas é o mesmo: serão "comidas" pela canibal.
(Crédito: Michael J. West, ESO)

As estrelas arrancadas do alimento poderão ser agregadas à galáxia canibal ou ser arremessadas em altas velocidades na direção do meio intra-aglomerado. A galáxia canibal cresce em massa e brilho e o espaço existente entre as galáxias do aglomerado é povoado com estrelas solitárias, originadas das galáxias canibalizadas. A galáxia alimento fica reduzida à sua região central, a qual possui uma densidade maior de estrelas. Elas tornam-se progressivamente em um "caroço" estelar. E é quando torna-se mais importante a segunda etapa do canibalismo.

Em segundo lugar, então, os núcleos densos das pequenas galáxias vão progressivamente perdendo energia orbital. Esta perda de energia ocorre devido à sua interação gravitacional com as estrelas da galáxia canibal. O alimento orbita por um meio onde existem muitas estrelas. Ocorre uma espécie de força de atrito, que freia o seu movimento, retirando energia da sua órbita. Esta força de atrito não é uma força de contacto direto, mas sim uma força dinâmica de origem gravitacional. Ao se movimentar entre as estrelas da canibal, estas são atraídas em sua direção, e concentram-se em sua retaguarda. Esta concentração de massa exerce uma força gravitacional sobre a pequena galáxia diminuindo a sua velocidade orbital, portanto, diminuindo a sua energia orbital. A galáxia, então, cai em direção ao centro da canibal, enquanto continua a orbitar em torno de seu centro. O seu destino final é a região mais central da galáxia canibal. Estes são os caroços que aparecem na imagem de Abell 3827.

Veremos a seguir outro exemplo surpreendente de canibalismo galáctico. Ele ocorreu na galáxia elíptica gigante NGC 1316, localizada na constelação da Fornalha. A região abrangida por esta constelação é perfeitamente visível nos céus do hemisfério Sul. A galáxia está localizada a 70 milhões de anos-luz. A sua luz partiu em nossa direção quando os dinossauros ainda andavam pela Terra, e só agora, devido à sua imensa distância, chegou aos nossos telescópios! As galáxias elípticas são constituídas quase que exclusivamente por estrelas. Há, em geral, muito pouco gás e pouca poeira interestelares. Esta é a regra. A não ser em alguns casos, como este, em que a galáxia se "alimentou" de uma companheira rica em gás e poeira, como uma galáxia espiral. Como podemos ver na imagem, NGC 1316 possui uma aparência digna de uma perfeita galáxia elíptica. As suas estrelas estão distribuídas no interior de um contorno perfeitamente elíptico.

Imagem CCD de NGC 1316 obtida pelo telescópio VLT ("Very Large Telescope"), de 8,2 metros de abertura, do Observatório Europeu Austral (ESO), localizado nos Andes chilenos. Note as nuvens escuras de poeira interestelar na região central da galáxia. Esta poeira veio de uma galáxia espiral canibalizada por NGC 1316 nas últimas centenas de milhões de anos.
(Crédito: M. Della Valle, R. Gilmozzi e R. Viezzer, ESO)

NGC 1316 é uma poderosa fonte de ondas de rádio. Esta atividade energética está associada diretamente ao seu canibalismo. O gás e a poeira engolidos pela canibal caem em direção ao centro galáctico e lá ocorre o seu colapso violento em direção a uma usina energética compacta central. O melhor candidato para esta usina energética é um "buraco negro", um hipotético habitante do cosmos cujas vizinhança é caracterizada por um altíssimo campo gravitacional. A força gravitacional resultante deste campo atrai o material canibalizado, o qual atinge velocidades elevadíssimas, passando a irradiar em vários comprimentos de onda, inclusive em ondas de radiofrequência. NGC 1316 é conhecida como a rádiofonte Fornalha A. A imagem seguinte mostra a dramaticidade da situação.

Imagem composta de NGC 1316 mostrando a sua emissão na faixa óptica (luz visível) e na faixa de rádio. A rádioemissão aparece na forma de lobos laterais, mostrados na cor laranja. Esta emissão é causada por jatos de partículas eletricamente carregadas arremessadas para fora, a partir do caroço energético central da galáxia. Note a pequena galáxia na parte de cima de NGC 1316, cujo destino, nos próximos milhões de anos, é ser canibalizada pela gigante elíptica.
(Crédito: National Radio Astronomy Observatory, Estados Unidos)

A parte óptica mostrada na imagem da rádiofonte Fornalha A exibe uma outra característica de galáxias canibais. A imagem não possui um contorno perfeitamente elíptico, como na imagem anterior. Vemos estruturas nas formas de plumas estendendo-se acima e abaixo do corpo principal da galáxia. Estas plumas estelares aparecem aqui porque a imagem foi obtida por um tempo de exposição maior do que na imagem anterior. As estrelas destas plumas são pertencentes às galáxias menores que foram "engolidas" por NGC 1316, seguindo as duas etapas descritas anteriormente.

O canibalismo galáctico se manifesta de forma mais espetacular quando ocorre em galáxias gigantes, como vimos. Mas ele pode ocorrer sempre que uma galáxia, mesmo de tamanho comum, engole pela atração gravitacional uma companheira bem menor, ou seja, uma galáxia satélite. É o que parece estar acontecendo com a nossa vizinha, a galáxia de Andrômeda (M31). Os astrônomos detectaram, através de observações detalhadas, detritos estelares espalhados nas proximidades da galáxia. Estes detritos estão distribuídos ao longo de um filamento sobreposto, no plano do céu, ao corpo de M31. A análise destas estrelas mostra que elas podem ser os restos de uma pequena galáxia satélite canibalizada por M31. A idéia geral que surge a partir destes estudos é a de que toda galáxia cresce por meio da canibalização de companheiras menores.

E mesmo a nossa Via Láctea pode estar em pleno processo de canibalização de seus satélites mais próximos, a Grande Nuvem e a Pequena Nuvem de Magalhães! Já foram observados detritos gasosos, formando extensos filamentos, os quais emanam das Nuvens em direção à Via Láctea. Estes filamentos gasosos seriam indicações de que um processo de canibalização está em pleno andamento. Daqui a algumas centenas de milhões de anos, portanto, poderemos não ter mais as Nuvens de Magalhães embelezando os nossos céus!

O autor agradece o apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG).