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As ondas de choque resultantes da violenta colisão entre uma galáxia intrusa e o Quinteto de Stephan estão ajudando os astrônomos a entender como a turbulência influencia o gás no meio intergaláctico. Novas observações com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelaram que uma explosão sônica várias vezes maior que a Via Láctea deu início a uma usina de reciclagem de hidrogênio molecular quente e frio. Além do mais, os cientistas descobriram a quebra de uma nuvem gigante em uma névoa de gás quente, a possível colisão de duas nuvens formando um respingo de gás quente ao seu redor e a formação de uma nova galáxia.
O Quinteto de Stephan é um grupo de cinco galáxias – NGC 7317, NGC 7318a, NGC 7318b, NGC 7319 e NGC 7320 – geralmente localizadas a cerca de 270 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Pegasus. O grupo fornece um laboratório intocado para o estudo de colisões de galáxias e seu impacto no ambiente circundante. Normalmente, as colisões e fusões de galáxias desencadeiam uma explosão de formação estelar; esse não é o caso do Quinteto de Stephan. Em vez disso, essa atividade violenta está ocorrendo no meio intergaláctico, longe das galáxias em locais onde há pouca ou nenhuma formação estelar para obstruir a visão.
Essa janela limpa para o Universo permitiu aos astrônomos observar o que está acontecendo quando uma das galáxias, NGC 7318b, se intromete violentamente no grupo a uma velocidade relativa de aproximadamente 800 km/segundo. A essa velocidade, uma viagem da Terra à Lua levaria apenas oito minutos. “Quando este intruso colide com o grupo, ele está colidindo com uma velha serpentina de gás que provavelmente foi causada por uma interação anterior entre duas das outras galáxias e está causando a formação de uma onda de choque gigante”, disse Philip Appleton, astrônomo e sênior cientista do Centro de Processamento e Análise de Infravermelhos (IPAC) do Caltech e investigador principal do projeto. “À medida que a onda de choque passa por essa corrente irregular, ela cria uma camada de resfriamento altamente turbulenta ou instável, e é nas regiões afetadas por essa atividade violenta que vemos estruturas inesperadas e a reciclagem do gás hidrogênio molecular. Isso é importante porque o hidrogênio molecular forma a matéria-prima que pode finalmente formar estrelas, então entender seu destino nos dirá mais sobre a evolução do Quinteto de Stephan e das galáxias em geral”.
As novas observações usando o receptor Banda 6 (comprimento de onda de 1,3 mm) do ALMA – desenvolvido pelo Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) da National Science Foundation dos EUA – permitiram aos cientistas ampliar três regiões-chave em detalhes extremos e, pela primeira vez, construir uma imagem clara de como o gás hidrogênio está se movendo e sendo moldado continuamente.
“O poder do ALMA é óbvio nessas observações, fornecendo aos astrônomos novos insights e melhor compreensão desses processos anteriormente desconhecidos”, disse Joe Pesce, oficial de programa do ALMA na US National Science Foundation (NSF).
A região no centro da onda de choque principal, apelidada de Campo 6, revelou uma nuvem gigante de moléculas frias que está sendo quebrada e esticada em uma longa cauda de hidrogênio molecular quente e repetidamente reciclada por essas mesmas fases. “O que estamos vendo é a desintegração de uma nuvem gigante de moléculas frias em um gás superquente e, curiosamente, o gás não sobrevive ao choque, apenas passa pelas fases quente e fria”, disse Appleton. “Ainda não entendemos completamente esses ciclos, mas sabemos que o gás está sendo reciclado porque o comprimento da cauda é maior do que o tempo que leva para as nuvens de que é feita serem destruídas.”
Esta usina de reciclagem intergaláctica não é a única atividade estranha resultante das ondas de choque. Na região apelidada de Campo 5, os cientistas observaram duas nuvens de gás frio conectadas por uma corrente de gás hidrogênio molecular quente. Curiosamente, uma das nuvens – que se assemelha a uma bala de alta velocidade de gás hidrogênio frio colidindo com um grande filamento de gás espalhado – criou um anel na estrutura ao perfurá-la. A energia causada por essa colisão está alimentando o envelope quente de gás ao redor da região, mas os cientistas não têm certeza do que isso significa porque ainda não possuem dados observacionais detalhados para o gás quente. “Uma nuvem molecular perfurando o gás intergaláctico e deixando um rastro de destruição em seu rastro, pode ser rara e ainda não totalmente compreendida”, disse Bjorn Emonts, astrônomo do NRAO e co-investigador do projeto. “Mas nossos dados mostram que demos o próximo passo na compreensão do comportamento chocante e do ciclo de vida turbulento das nuvens de gás molecular no Quinteto de Stephan.”
Talvez o mais “normal” do grupo seja a região apelidada de Campo 4, onde os cientistas encontraram um ambiente mais estável e menos turbulento que permitiu que o gás hidrogênio colapsasse em um disco de estrelas e o que os cientistas acreditam ser uma pequena galáxia anã em formação. “No campo 4, é provável que grandes nuvens pré-existentes de gás denso tenham se tornado instáveis por causa do choque e colapsado para formar novas estrelas como esperávamos”, disse Pierre Guillard, pesquisador do Institut d’Astrophysique de Paris e um co-investigador do projeto, acrescentando que todas as novas observações têm implicações significativas para os modelos teóricos do impacto da turbulência no Universo. “A onda de choque no meio intergaláctico do Quinteto de Stephan formou tanto gás molecular frio quanto temos em nossa própria Via Láctea e, ainda assim, forma estrelas em um ritmo muito mais lento do que o esperado. Entender por que esse material é estéril é uma verdadeira desafio para os teóricos. Trabalho adicional é necessário para entender o papel dos altos níveis de turbulência e mistura eficiente entre o gás frio e quente.”
Antes das observações do ALMA, os cientistas não tinham ideia de que tudo isso acontecia no meio intergaláctico do Quinteto, mas não foi por falta de tentativa. Em 2010, a equipe usou o Telescópio Espacial Spitzer para observar o Quinteto de Stephan e descobriu grandes nuvens de calor – estimadas entre 100° a 400° Kelvin, ou aproximadamente -280° a 260° Fahrenheit – hidrogênio molecular misturado com o gás super quente. “Essas nuvens deveriam ter sido destruídas pela onda de choque em grande escala que se moveu pelo grupo, mas não foram. E nós queríamos saber, e ainda queremos saber, como elas sobreviveram?” disse Appleton.
Para resolver o mistério, a equipe precisava de mais poder e capacidade tecnológica diferente. A primeira luz do ALMA ocorreu mais de um ano depois, no final de 2011, e o JWST capturou suas primeiras imagens no início deste ano. A combinação desses recursos poderosos forneceu imagens infravermelhas impressionantemente belas do Quinteto de Stephan e uma compreensão tentadora, embora incompleta, da relação entre o frio, o calor molecular e os gases de hidrogênio ionizado na esteira da onda de choque gigante. A equipe agora precisa de dados espectroscópicos para desvendar os segredos do gás hidrogênio molecular quente.
“Essas novas observações nos deram algumas respostas, mas no final das contas nos mostraram o quanto ainda não sabemos”, disse Appleton. “Embora agora tenhamos uma melhor compreensão das estruturas do gás e do papel da turbulência em criá-las e sustentá-las, futuras observações espectroscópicas traçarão os movimentos do gás por meio do efeito doppler, nos dirão o quão rápido o gás quente está se movendo, nos permitirá para medir a temperatura do gás quente e ver como o gás está sendo resfriado ou aquecido pelas ondas de choque. Essencialmente, temos um lado da história. Agora é hora de entender o outro.”
As observações foram apresentadas hoje em uma conferência de imprensa na 241ª reunião da American Astronomical Society (AAS) em Seattle, Washington.
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