[VÍDEO E ANIMAÇÃO] Frentes frias também existem no espaço e alteram as galáxias água-viva

Quando ouvimos falar em uma frente fria no noticiário, já sabemos o que esperar: mudanças bruscas de temperatura, ventos mais fortes e uma alteração rápida no ambiente. No universo, guardadas as proporções astronômicas, algo muito semelhante acontece. Recém-aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal (ApJ), um estudo detalha como essas "mudanças climáticas" em escala galáctica afetam a evolução do cosmos.

O trabalho é resultado da pesquisa de mestrado de Elvis A. Mello-Terencio, desenvolvida na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Atualmente, Elvis é doutorando no Observatório Nacional (ON), onde é orientado pelo Dr. Rogério Monteiro-Oliveira.

Balanço cria paredes invisíveis

Para entender o que é uma frente fria no espaço, é preciso olhar para os aglomerados de galáxias. Eles são as maiores estruturas do universo, onde centenas ou milhares de galáxias estão mergulhadas em um gás extremamente quente e ralo, o meio intra-aglomerado. 

Quando aglomerados colidem ou passam um perto do outro, esse gás sofre um "solavanco", um fenômeno chamado sloshing. É como balançar uma tigela de sopa: o líquido cria ondas e espirais. Nessas regiões, surgem as frentes frias: áreas onde a densidade do gás aumenta subitamente enquanto a temperatura cai, formando uma espécie de "parede invisível" no caminho das galáxias.

“Essas espirais de gás são observadas principalmente em telescópios especializados em raios-x, mas se acredita que a ocorrência delas é comum. Isso significa que também deve ser comum essas estruturas interagirem com galáxias, mas ainda não temos certeza sobre como exatamente elas são alteradas”, explicou o MSc. Elvis.

A animação abaixo simula uma galáxia cruzando um ambiente com frente fria. Quanto mais clara a cor, mais o gás é denso e, consequentemente, frio.

Galáxias água-viva e o vento espacial

O estudo focou nas chamadas galáxias água-viva. Elas recebem esse nome porque, ao cruzarem o gás do aglomerado em alta velocidade, sofrem uma pressão de arraste. Imagine o vento batendo no rosto de quem coloca a cabeça para fora de um carro em movimento; no espaço, esse "vento" sopra o gás interno da galáxia para fora dela, criando longas caudas que lembram tentáculos.

Como esses processos levam milhões de anos para acontecer, Elvis utilizou computadores para criar túneis de vento virtuais através de simulações hidrodinâmicas avançadas. Eles "lançaram" uma galáxia similar à nossa Via Láctea contra diferentes intensidades de frentes frias para medir os danos.

“Túneis de vento já haviam sido utilizados em outros estudos. No nosso caso foram fundamentais, já que permitem simular apenas a região pela qual a galáxia passa, reduzindo muito o poder computacional necessário. Na época, os computadores disponíveis para realizar as simulações não eram muito diferentes de desktops comuns, então toda otimização contava para evitar semanas de espera com cada execução”, detalhou o MSc. Elvis.

Assista abaixo ao momento em que uma galáxia atravessa uma frente fria em um túnel de vento:

Descobertas revelam transformações rápidas e marcantes:

Perda acelerada de gás: Ao atingir a frente fria, a galáxia perde muito mais gás do que em um ambiente calmo. Em modelos mais extremos, ela perde quase todo o seu combustível original.

Surto de estrelas novas: A pressão súbita ao cruzar a "parede" de gás comprime o material dentro da galáxia, causando um breve aumento na taxa de formação de estrelas.

Mudança de cor: Por causa dessas novas estrelas, a galáxia torna-se temporariamente mais azulada. No entanto, após perder o gás e esse surto passar, ela tende a ficar "apagada" e avermelhada precocemente.

Por que isso importa?

Os artigos anteriores mostravam que a bagunça de aglomerados em colisão deveria também bagunçar as galáxias dentro deles, mas isso não era observado. O que este estudo mostra com as simulações é que os efeitos principais que essa bagunça causa acabam rápido e podem se confundir com outras coisas mais intensas. Então, o grande resultado é que raramente estamos observando um aglomerado na janela certa de tempo para ver isso acontecer, explicando porque não vemos mais galáxias alteradas por essas interações.

O trabalho, que contou com a colaboração de pesquisadores da UTFPR e da Universidade de São Paulo (USP), demonstra a capacidade da astrofísica brasileira em decifrar os mecanismos que ditam o destino das galáxias no oceano cósmico.

A ESO 137-001 é uma galáxia água-viva e foi descoberta em 2005. Foto: NASA.