COLISÕES E FUSÕES DE

GALÁXIAS

A separação entre galáxias é usualmente não muito grande

comparada ao tamanho médio de cada galáxia (<= 5x o

tamanho de uma galáxia) e colisões são mais frequentes do

que se imaginava. A galáxia “Cartwheel”

(d=150Mpc) resultante de

uma colisão com outra

galáxia (provavelmente

alguma das duas galáxias à

direita na fotografia)

COLISÕES DE GALÁXIAS

O anel é provalmente

uma onda de densidade

gerada pela passagem

de uma galáxia menor

pelo disco da Cartwheel

Encontro entre duas espirais NGC 2207 e IC 2163 (há ~ 40

milhões de anos atrás):

a) Originou episódios (burts) de formação estelar

b) Galáxia menor (IC 2163) parece estar circulando no

sentido anti-horário ao redor da maior (NGC 2207)

Deverão fusionar em

alguns bilhões de anos e

se transformar em uma

única galáxia massiva

Simulações de colisões e fusões de galáxias:

a. Modelamento detalhado das interações

gravitacionais entre estrelas e gás;

b. Modelos de dinâmica do gás

Compreensão dos efeitos e

resultados de uma colisão

As galáxias Antena colidiram recentemente (dezenas de

milhões de anos atrás) dando origem a caudas longas por

efeito de maré (enquanto as duas galáxias se aproximavam).

“super star clusters” são resultados das ondas de

choque produzidas nos discos das duas galáxias

simulação do choque entre duas galáxias espirais

Pequenos grupos: galáxias se movem mais

lentamente galáxias tendem a se fusionar

como mostrado nos dois últimos exemplos.

Grandes grupos: galáxias se movem mais

rápido, tendendo a passar uma pela outra, mas

sem se fundir necessariamente.

Mas ambas implicam em inúmeros efeitos nas

galáxias que interagiram (ex. starbursts,

destruição do disco, etc)

Andrômeda se aproxima da Via Láctea com uma

velocidade de 120 km/s possível colisão!

ps. estrelas são improváveis de colidir durante uma colisão

entre galáxias: distância entre estrelas muito maiores que os

seus respectivos tamanhos!

EVOLUÇÃO E FORMAÇÃO DE GALÁXIAS

Sementes de formação de galáxias: 500.000

após o big-bang formação das flutuações de

densidade.

Bolhas de gás pregalácticas

Fragmentos de alguns milhões de M

(comparáveis às massas de galáxias anãs)

(a) Galáxias formaram-se de fusões sucessivas de pequenos

objetos (galáxias menores ou aglomerados de estrelas).

CENÁRIO HIERÁRQUICO

(b) Objetos mais azulados e irregulares a maior redshift (5 Gpc de

distância). Massas poucos % da massa da galáxia. Irregulares:

fusões. Azuis: formação de estrelas.

(c) Grandes aglomerados de estrelas: esferoidais distorcidos com ~

bilhões de estrelas e ~ kpc de extensão. Região de ~1 Mpc de

distância = 5 Gpc. PRECURSORES DE GALÁXIAS. Vistos como eram a 10

Ganos atrás.

Estudando como as

propriedades das galáxias

variam com a distância:

ou melhor look-back time

ou redshift

História de formação e

fusões de galáxias no

universo

Ho=70 km/s/Mpc

Look back time = quando

os objetos emitiram a luz

que observamos agora

Objetos estavam mais

próximos quando

emitiram a luz que

observamos hoje.

Hubble Deep Field mostra

que as galáxias mais

distantes são irregulares

e menores : apoia a teoria

de formação de galáxia

por fusões de objetos

menores e irregulares.

Evolução normal de galáxias isoladas

Evolução das estrelas que as compõe

Elípticas: ficam mais fracas e mais avermelhadas pois

não há mais gás suficiente para formar estrelas e as

estrelas mais massivas vão evoluindo e desaparecendo.

Espirais e irregulares: ricas em gás, coloração

azulada devido à formação estelar recente

Mas... Maioria das galáxias não são isoladas

possibilidade de interações

Interações podem:

(a) refazer a estrutura interna na galáxia

(b) comprimir o gás interestelar bursts intensos

de formação de estrelas

(c) levar mais gás a região central que contém o

buraco negro intensa atividade no núcleo da

galáxia

GALÁXIAS STARBURSTS

Starbursts e atividades nucleares são indicadores de

interações e fusões entre galáxias.

Maior parte dos encontros ocorreram a z > 1 quando os

aglomerados eram mais compactos e colisões mais

frequentes.

Halos escuros que envolvem as galáxias tem

papel importante nas interações entre galáxias

Galáxias são maiores do que aparentam,

fazendo fusões e interações mais prováveis.

Galáxias Starburst:

(a) colisão entre galáxias

(b) Interações entre galáxias

(c) bolhas azuis = aglomerados

globulares jovens resultantes

da colisão entre galáxias

TIPOS DE FUSÕES

CANIBALISMO: uma galáxia de muito menor massa

interage com outra galáxia: a menor espirala ao redor da

maior e se desfaz perto da região central da mais massiva.

Explica como galáxias elípticas

supermassivas se encontram no centro de

aglomerados ricos

Colisões entre galáxias de diferentes massas

Processo de fusão de

galáxias em uma só.

Z = 1.8

TIPOS DE FUSÕES

A Via Láctea também contém estrelas no seu halo que

aparentam ter sido capturadas de pequenas galáxias

satélites (galáxia anã Sagitário e as Nuvens).

Simulação que mostra como uma galáxia menos

massiva pode transformar uma elíptica mais

massiva em espiral

M51 e sua companheira?

Colisão entre galáxias de massas comparáveis

Destruição do disco de uma espiral

galáxia elíptica

Ex.

Colisões e encontros são eventos randômicos não

representam uma conexão genuína de evolução

entre as galáxias de diferentes tipos de Hubble.

Simulações mostram que os tipos de Hubble podem se

originar de um universo populado somente por

fragmentos irregulares ricos em gás.

Fusões com galáxias de

maior massa : destrói

disco.

Fusões com galáxias de

diferentes massas (no caso

uma espiral e uma anã)

pode resultar numa espiral

maior (canibalismo).

Fusões menores podem

conservar o tipo de Hubble

da galáxia mais massiva

(modo mais provável de

crescimento de uma espiral).

Evidências destes cenários:

espirais são raras nas regiões

de alta densidade de galáxias:

discos são estruturas frágeis.

Espirais são mais comuns a

altos redshifts e decrescem em

número com o tempo.

Mas...e a existência de um

grande número de galáxias

elípticas em regiões de baixa

densidade?

Como quasares e as outras galáxias ativas entram

no cenário de evolução e formação de galáxias?

Quasares só são observados a distâncias

cosmológicas ( z = 2 a 6,4) e representam o

estágio inicial da formação de uma galáxia.

O mecanismo de geração de energia:

buraco negro central

Tempo de vida relativamente curto:

alguns milhões de anos

Através de observações em

rádio (21 cm) mostra que

existe no centro numa região

de 0.2 pc uma massa de 40

milhões de M

.

BURACOS NEGROS EM GALÁXIAS

Todas as galáxias contém buracos negros

supermassivos em seu centro!

A massa do buraco negro central está

correlacionada à massa do bojo central.

De onde vem esses buranos negros supermassivos?

A acreção responsável pela emissão de energia

de um quasar parece também dar conta da

massa do BN alimenta o BN

Os quasares mais brilhantes devoram ~1000 M

por ano sua fase mais brilhante dura alguns

milhões de anos quasares são eventos breves

na vida de uma galáxia em formação.

BNs supermassivos vem da acreção de BNs de

dezenas a centenas de M

(formados pela evolução

de estrelas de pop III).

Essas imagens no visível e em

raios-X mostram dois buracos

negros supermassivos orbitando

um ao redor do outro a uma

distância de 1

Espera-se que ocorra uma fusão

em ~ 400 milhões de anos.

BNs fusionam quando as suas galáxias hospedeiras fusionam

Existe uma galáxia que hospeda o quasar?

Quasares são mostrados com suas galáxias

hospedeiras; muitos parecem estar envolvidos

em colisões.

O final da época dos quasares ~ 10 bilhões de anos

atrás: a taxa de fusões vão decaindo sistemas

passam cada vez menos tempo na fase quasar.

Os BNs supermassivos não desaparecem! O

combustível de matéria que alimenta o BN central

diminui o output de energia diminui.

Diferença entre galáxia ativa e normal:

a quantidade de matéria que forma o disco

de acreção que alimenta o BN.

Ocasionalmente galáxias podem se fundir e dar

origem a uma nova atividade energética no núcleo

de galáxias Rádio-galáxias, Seyferts observadas

mais próximas.

CONEXÃO EVOLUTIVA ENTRE GALÁXIAS ATIVAS E NORMAIS

TALVEZ A NOSSA GALÁXIA TENHA SIDO NO SEU PASSADO UM

BRILHANTE QUASAR