Uma equipe internacional de cientistas liderada pelo Centro de Astrobiologia (CAB, CSIC-INTA), com participação do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), usou o Gran Telescopio Canarias (GTC) para estudar uma amostra representativa de galáxias, disco e esferoidal, em uma zona de céu profundo na constelação da Ursa Maior para caracterizar as propriedades das populações estelares de protuberâncias galácticas. Os pesquisadores conseguiram determinar o modo de formação e desenvolvimento dessas estruturas galácticas. Os resultados deste estudo foram publicados recentemente em The Astrophysical Journal .

Os pesquisadores focaram seu estudo em disco massivo e galáxias esferoidais, usando dados de imagem do Telescópio Espacial Hubble e dados espectroscópicos do projeto SHARDS (Pesquisa de Fontes Mortas e Vermelhas de Absorção de Alta Z), um programa de observações sobre a região completa do GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey - Norte) através de 25 filtros diferentes obtidos com o instrumento OSIRIS no Gran Telescopio Canarias (GTC), o maior telescópio óptico e infravermelho do mundo, no Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Ilhas Canárias).

A análise dos dados permitiu aos pesquisadores descobrir algo inesperado:as protuberâncias das galáxias discais formaram-se em duas ondas. Um terço das protuberâncias nas galáxias de disco foram formadas no redshift 6.2, que corresponde a uma época inicial do Universo, quando tinha apenas 5% de sua idade atual, cerca de 900 milhões de anos. “Essas saliências são relíquias das primeiras estruturas formadas no Universo, que encontramos escondidos em galáxias de disco locais ", explica Luca Costantin, pesquisadora do CAB dentro de um programa de Atração de Talentos da Comunidade de Madrid, e o primeiro autor no artigo.

Mas em contraste, quase dois terços das protuberâncias observadas mostram um valor médio de redshift de cerca de 1,3, o que significa que eles foram formados muito mais recentemente, correspondendo a uma idade de quatro bilhões de anos, ou quase 35% da idade do Universo.

Uma característica peculiar que permite a distinção entre as duas ondas é que as protuberâncias centrais da primeira onda, as protuberâncias mais velhas, são mais compactos e densos do que aqueles formados no segundo, onda mais recente. Além disso, os dados das galáxias esferoidais na amostra mostram um valor médio de desvio para o vermelho de 1,1, o que sugere que eles se formaram no mesmo tempo geral que as protuberâncias da segunda onda.

Para Jairo Méndez Abreu, pesquisador da Universidade de Granada (UGR) e coautor do artigo, que era ex-pesquisador de pós-doutorado Severo Ochoa no IAC, "a ideia por trás da técnica usada para observar as estrelas no bojo central é bastante simples, mas não foi possível aplicá-lo até o recente desenvolvimento de métodos que nos permitiram separar a luz das estrelas na protuberância central daquelas no disco, para ser específico, os algoritmos GASP2D e C2D, que desenvolvemos recentemente e que nos permitiu atingir uma precisão sem precedentes ".

Outro resultado importante do estudo é que as duas ondas de formação de protuberâncias diferem não apenas em termos da idade de suas estrelas, mas também em termos de suas taxas de formação de estrelas. Os dados indicam que as estrelas nas protuberâncias da primeira onda se formaram rapidamente, em escalas de tempo de normalmente 200 milhões de anos. Pelo contrário, uma fração significativa das estrelas nas protuberâncias da segunda onda exigiu uma formação cinco vezes mais longa, alguns bilhões de anos.

"Descobrimos que o Universo tem duas maneiras de formar as zonas centrais de galáxias como a nossa:começando cedo e tendo um desempenho muito rápido, ou demorando para começar, mas finalmente formando um grande número de estrelas no que conhecemos como protuberância ", comentários Pablo G. Pérez González, um pesquisador do CAB, e Pesquisador Principal do projeto SHARDS, que forneceu dados essenciais para este estudo. Nas palavras de Antonio Cabrera, o Chefe de Operações Científicas do GTC, “O SHARDS é um exemplo perfeito do que é possível pela combinação da enorme capacidade de recolha do GTC e as extraordinárias condições do Observatório Roque de los Muchachos, para produzir 180 horas de dados com excelente qualidade de imagem, essencial para a detecção dos objetos aqui analisados ​​".

Conforme descrito por Paola Dimauro, pesquisador do Observatório Nacional do Brasil e coautor deste artigo, "este estudo permitiu-nos explorar a evolução morfológica e a história da montagem dos componentes estruturais das galáxias, análogo aos estudos arqueológicos, analisando a informação codificada nos milhões de estrelas de cada galáxia. O interessante foi descobrir que nem todas as estruturas foram formadas ao mesmo tempo, ou da mesma forma ".

Os resultados deste estudo permitiram aos observadores estabelecer um curioso paralelo entre a formação e a evolução ao longo do tempo dos estudos das galáxias discais e a criação e desenvolvimento de uma grande cidade ao longo dos séculos. Assim como descobrimos que algumas grandes cidades têm centros históricos, que são mais antigos e abrigam os edifícios mais antigos em ruas estreitas e desordenadas, os resultados deste trabalho sugerem que alguns dos centros de galáxias de disco massivo abrigam alguns dos mais antigos esferóides formados no Universo, que continuaram adquirindo material, formando discos mais lentamente, a nova cidade periferia em nossa analogia.