Quando você olha para o céu noturno, especialmente durante o verão, você verá uma faixa tênue de estrelas espalhada por todo o meio do céu. Este bando de estrelas é nosso galáxia , a via Láctea. O sol é apenas uma das cerca de 200 bilhões de estrelas da Via Láctea, que é apenas uma das bilhões de galáxias do universo. Uma galáxia é um grande sistema de estrelas, gás (principalmente hidrogênio), poeira e matéria escura que orbitam um centro comum e são unidos pela gravidade - eles foram descritos como "universos-ilha". As galáxias têm vários tamanhos e formas. Sabemos que eles são muito antigos e se formaram no início da evolução do universo. No entanto, como eles se formaram e evoluíram em suas várias formas permanece um mistério.

Quando os astrônomos olham para as partes mais profundas do universo com telescópios poderosos, eles veem miríades de galáxias. As galáxias estão distantes umas das outras e constantemente se afastando umas das outras à medida que nosso universo se expande. Além disso, galáxias são organizadas em grandes aglomerados e outras estruturas, o que pode ter implicações importantes para a estrutura geral, formação e destino do universo.

Algumas galáxias, chamado galáxias ativas , emitem grandes quantidades de energia na forma de radiação. Eles podem ter estruturas exóticas, como buracos negros supermassivos em seus centros. Galáxias ativas representam uma área importante da pesquisa astronômica.

Neste artigo, vamos descobrir como as galáxias foram descobertas e quais tipos existem, do que eles são feitos, suas estruturas internas, como eles se formam e evoluem, como eles são distribuídos por todo o universo, e como galáxias ativas podem emitir tanta energia.

Astrônomos (profissionais ou amadores) podem medir o brilho de uma estrela (a quantidade de luz que ela emite) usando um fotômetro ou dispositivo de carga acoplada na extremidade de um telescópio. Se eles sabem o brilho da estrela e a distância até a estrela, eles podem calcular sua luminosidade - a quantidade de energia que ele emite ( luminosidade =brilho x 12,57 x (distância) ² ) Por outro lado, se você conhece a luminosidade de uma estrela, você pode calcular sua distância.

1. Tipos e peças de galáxia
2. História das Galáxias
3. Formação Galáxia
4. Distribuição de galáxias
5. Galáxias Ativas

Tipos e peças de galáxia

As galáxias têm uma variedade de tamanhos e formas. Eles podem ter apenas 10 milhões de estrelas ou até 10 trilhões (a Via Láctea tem cerca de 200 bilhões de estrelas). Em 1936, Edwin Hubble classificou as formas das galáxias no Seqüência de Hubble .

1. Elíptico: Estes têm um desmaio, forma arredondada, mas eles são desprovidos de gás e poeira, sem estrelas brilhantes visíveis ou padrões espirais. Eles também não têm discos galácticos , sobre o qual aprenderemos a seguir. Sua classificação varia de E0 (circular) a E7 (mais elíptica). As galáxias elípticas provavelmente compreendem cerca de 60 por cento das galáxias do universo. Eles mostram uma grande variação de tamanho - a maioria é pequena (cerca de 1 por cento do diâmetro da Via Láctea), mas alguns são cerca de cinco vezes maiores que o diâmetro da Via Láctea.
2. Espiral: A Via Láctea é uma das maiores galáxias espirais. Eles são brilhantes e distintamente em forma de disco, com gás quente, poeira e estrelas brilhantes nos braços espirais. Porque as galáxias espirais são brilhantes, eles constituem a maioria das galáxias visíveis, mas acredita-se que constituam apenas cerca de 20% das galáxias do universo. Galáxias espirais são subdivididas nestas categorias: S0: Pouco gás e poeira, sem braços espirais brilhantes e poucas estrelas brilhantes Espiral Normal: Formato de disco óbvio com centros brilhantes e braços espirais bem definidos. Sá galáxias têm grandes protuberâncias nucleares e braços espirais fortemente enrolados, enquanto Sc galáxias têm pequenas protuberâncias e braços frouxamente enrolados . Espiral Barrada: Forma de disco óbvia com alongamento, centros brilhantes e braços espirais bem definidos. SBa galáxias têm grandes protuberâncias nucleares e braços espirais fortemente enrolados, enquanto SBc galáxias têm pequenas protuberâncias e braços frouxos (evidências recentes sugerem que a Via Láctea é uma galáxia SBc).
3. Irregular: Estes são pequenos, galáxias fracas com grandes nuvens de gás e poeira, mas sem braços espirais ou centros brilhantes. Galáxias irregulares contêm uma mistura de estrelas novas e velhas e tendem a ser pequenas, cerca de 1 a 25 por cento do diâmetro da Via Láctea.

Quais são as partes de uma galáxia?

Galáxias espirais têm as estruturas mais complexas. Esta é uma visão da Via Láctea como ela seria vista de fora.

1. Disco galáctico: A maior parte das mais de 200 bilhões de estrelas da Via Láctea estão localizadas aqui. O próprio disco é dividido nas seguintes partes: Núcleo: O centro do disco Protuberância: A área ao redor do núcleo, incluindo as áreas imediatas acima e abaixo do plano do disco Braços espirais: Eles se estendem para fora a partir do centro. Nosso sistema solar está localizado em um dos braços espirais da Via Láctea.
2. Aglomerados globulares: Algumas centenas deles estão espalhados acima e abaixo do disco. As estrelas aqui são muito mais antigas do que as do disco galáctico.
3. Aréola: Um grande, escuro, região que circunda toda a galáxia. É feito de gás quente e possivelmente matéria escura.

Todos esses componentes orbitam o núcleo e são mantidos juntos pela gravidade. Porque a gravidade depende da massa, você pode pensar que a maior parte da massa de uma galáxia ficaria no disco galáctico ou próximo ao centro do disco. Contudo, estudando as curvas de rotação da Via Láctea e outras galáxias, astrônomos concluíram que a maior parte da massa está nas porções externas da galáxia (como o halo), onde há pouca luz emitida por estrelas ou gases.

Na próxima página, vamos dar um passeio pela história das galáxias.

História das Galáxias

Vejamos a história das galáxias na astronomia.

1. Os gregos cunharam o termo "galáxias kuklos" para "círculo leitoso" ao descrever a Via Láctea. A Via Láctea era uma faixa tênue de luz, mas eles não tinham ideia do que era composto.
2. Quando Galileu olhou para a Via Láctea com o primeiro telescópio, ele determinou que era feito de numerosas estrelas.
3. Há séculos sabemos que nosso sistema solar estava localizado dentro da Via Láctea porque a Via Láctea nos rodeia. Podemos ver isso ao longo do ano em todas as partes do céu, mas é mais claro durante o verão, quando olhamos para o centro da galáxia. Contudo, aos astrônomos no século 18 e anteriores, não estava claro se a Via Láctea era uma galáxia e não apenas uma distribuição de estrelas.
4. No final do século 18, os astrônomos William e Caroline Herschel mapearam as distâncias às estrelas em várias direções. Eles determinaram que a Via Láctea era uma nuvem de estrelas em forma de disco com o Sol próximo ao centro.
5. Em 1781, Charles Messier catalogou vários nebulosas (manchas tênues de luz) em todo o céu e classificou vários deles como nebulosas espirais.
6. No início do século 20, o astrônomo Harlow Shapely mediu as distribuições e localizações dos aglomerados de estrelas globulares. Ele determinou que o centro da Via Láctea era 28, 000 anos-luz da Terra, perto das constelações de Sagitário e Escorpião, e que o centro era uma protuberância, em vez de uma área plana.
7. Shapely mais tarde argumentou que as nebulosas espirais descobertas por Messier eram "universos-ilhas" ou galáxias (mantendo a formulação grega). Contudo, outro astrônomo chamado Heber Curtis argumentou que as nebulosas espirais eram apenas parte da Via Láctea. O debate durou anos porque os astrônomos precisavam de maiores, mais poderoso, telescópios para resolver os detalhes.
8. Em 1924, Edwin Hubble encerrou o debate. Ele usou um grande telescópio (100 polegadas de diâmetro, maiores do que as que estavam disponíveis para Shapely e Curtis) no Monte Wilson, na Califórnia, e concluímos que as nebulosas espirais tinham estrutura e estrelas chamadas Variáveis ​​cefeidas , como aqueles na Via Láctea. (Essas estrelas mudam seu brilho regularmente, e a luminosidade está diretamente relacionada ao período de seu ciclo de brilho.) Hubble usou as curvas de luz das variáveis ​​cefeidas para medir suas distâncias da Terra e descobriu que estavam muito mais distantes do que os limites conhecidos da Via Láctea. Portanto, essas nebulosas espirais eram de fato outras galáxias fora da nossa.

Ainda existem muitos mistérios que cercam a formação de galáxias, mas na próxima página explicaremos algumas das melhores teorias sobre isso.

As galáxias estão distantes umas das outras. A galáxia de Andrômeda, que também é chamado de M31 (objeto Messier # 31), é a galáxia mais próxima de nós - 2,2 milhões de anos-luz de distância. Os astrônomos geralmente medem distâncias intergalácticas em termos de megaparsecs:

um parsec =3,26 anos-luz

um milhão de parsecs =um megaparsec

um megaparsec (Mpc) =3,26 milhões de anos-luz

As galáxias mais distantes visíveis são aproximadamente 3, 000 Mpc de distância, ou cerca de 10 bilhões de anos-luz.

Formação Galáxia

Realmente não sabemos como várias galáxias se formaram e assumiram as muitas formas que vemos hoje. Mas temos algumas idéias sobre suas origens e evolução.

• Pouco depois do big bang cerca de 14 bilhões de anos atrás, o colapso de nuvens de gás e poeira pode ter levado à formação de galáxias.
• Interações entre galáxias, especificamente colisões entre galáxias, desempenham um papel importante na sua evolução.

Vejamos o período de formação da galáxia.

As observações de Edwin Hubble, e subsequente Lei de Hubble (que explicaremos mais tarde), levou à ideia de que o universo está se expandindo. Podemos estimar a idade do universo com base na taxa de expansão. Porque algumas galáxias estão a bilhões de anos-luz de distância de nós, podemos discernir que eles se formaram logo após o big bang (quando você olha mais fundo no espaço, você vê mais para trás no tempo). A maioria das galáxias se formaram cedo, mas os dados do telescópio Galaxy Explorer (GALEX) da NASA indicam que algumas novas galáxias se formaram há relativamente pouco tempo - nos últimos bilhões de anos.

A maioria das teorias sobre o universo primitivo faz duas suposições:

1. Estava cheio de hidrogênio e hélio.
2. Algumas áreas eram ligeiramente mais densas do que outras.

A partir dessas suposições, astrônomos acreditam que as áreas mais densas retardaram ligeiramente a expansão, permitindo que o gás se acumule em pequenas nuvens protogalácticas . Nessas nuvens, a gravidade fez com que o gás e a poeira entrassem em colapso e formassem estrelas. Essas estrelas se extinguiram rapidamente e se tornaram aglomerados globulares, mas a gravidade continuou a derrubar as nuvens. À medida que as nuvens desabaram, eles formaram discos rotativos. Os discos giratórios atraíram mais gás e poeira com a gravidade e formaram discos galácticos. Dentro do disco galáctico, novas estrelas se formaram. O que restou na periferia da nuvem original foram aglomerados globulares e o halo composto de gás, poeira e matéria escura.

Dois fatores desse processo podem ser responsáveis ​​pelas diferenças entre galáxias elípticas e espirais:

• Momento angular (grau de rotação) - Nuvens protogalácticas com mais momento angular poderiam girar mais rápido e a partir de discos espirais. Nuvens de giro lento podem ter formado galáxias elípticas.
• Resfriamento: Nuvens protogalácticas de alta densidade esfriaram mais rápido, usando todo o gás e poeira na formação de estrelas e não deixando nenhum para fazer um disco galáctico (é por isso que as galáxias elípticas não têm discos). Nuvens protogalácticas de baixa densidade esfriam mais lentamente, deixando gás e poeira para a formação do disco (como nas galáxias espirais).

Galáxias não agem sozinhas. As distâncias entre as galáxias parecem grandes, mas os diâmetros das galáxias também são grandes. Comparado com estrelas, as galáxias estão relativamente próximas umas das outras. Eles podem interagir e, mais importante, colidir. Quando as galáxias colidem, na verdade, elas passam umas pelas outras - as estrelas dentro não se chocam por causa das enormes distâncias interestelares. Mas as colisões tendem a distorcer a forma de uma galáxia. Modelos de computador mostram que as colisões entre galáxias espirais tendem a tornar-se elípticas (então, galáxias espirais provavelmente não estiveram envolvidas em nenhuma colisão). Os cientistas estimam que até metade de todas as galáxias se envolveram em algum tipo de colisão.

As interações gravitacionais entre galáxias em colisão podem causar várias coisas:

• Novas ondas de formação de estrelas
• Supernovas
• Colapsos estelares que formam os buracos negros ou buracos negros supermassivos em galáxias ativas

Então, as galáxias simplesmente flutuam no espaço ou alguma força invisível regula seu movimento? E o que acontece quando eles se encontram? Descubra na próxima página.

Distribuição de galáxias

As galáxias não são distribuídas aleatoriamente por todo o universo - elas tendem a existir em aglomerados galácticos . As galáxias nesses aglomerados estão ligadas gravitacionalmente e influenciam umas às outras.

• Clusters ricos contém 1, 000 ou mais galáxias. O superaglomerado de Virgem, por exemplo, inclui mais de 2, 500 galáxias e está localizado a cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra.
• Clusters pobres contém menos de 1, 000 galáxias. A Via Láctea e a galáxia de Andrômeda (M31) são os principais membros da Grupo Local , que contém 50 galáxias.

Quando os astrônomos Margaret Geller e Emilio E. Falco traçaram as posições das galáxias e aglomerados galácticos no universo, tornou-se claro que aglomerados galácticos e superaglomerados não são distribuídos aleatoriamente. Eles estão realmente agrupados em paredes (filamentos longos) intercalados com vazios , que dá ao universo uma estrutura semelhante a uma teia de aranha.

o meio intergaláctico - o espaço entre galáxias e aglomerados de galáxias - não está totalmente vazio. Não sabemos a natureza exata do meio intergaláctico, mas provavelmente contém uma densidade relativamente pequena de gás. A maior parte do meio intergaláctico é frio (cerca de 2 graus Kelvin), mas observações recentes de raios-X sugerem que algumas áreas são quentes (milhões de graus Kelvin) e ricas em metais. Uma das áreas ativas da pesquisa astronômica hoje é direcionada para determinar a natureza do meio intergaláctico - pode nos ajudar a descobrir exatamente como o universo começou e como as galáxias se formam e evoluem.

Vejamos uma propriedade final relativa às galáxias e suas distribuições. Para suas medições de distâncias galácticas, Edwin Hubble estudou os espectros de luz que as galáxias emitem. Em todos os casos, ele notou que os espectros eram Doppler deslocado para a extremidade vermelha do espectro. Isso indica que o objeto está se afastando de nós. Hubble percebeu que, não importa onde ele olhasse, galáxias estavam se afastando de nós. E quanto mais longe a galáxia, mais rápido ele estava se afastando. Em 1929, Hubble publicou um gráfico dessa relação, que se tornou conhecido como Lei de Hubble .

Matematicamente, A Lei de Hubble afirma que o velocidade de recessão (V) é diretamente proporcional ao distância galáctica (d). A equação é V =Hd , onde H é o Constante de Hubble , ou constante de proporcionalidade. A estimativa mais atual de H é de 70 quilômetros por segundo por megaparsec. A Lei de Hubble é uma prova importante de que o universo está se expandindo - seu trabalho formou a base da teoria do big bang sobre a origem do universo.

Algumas galáxias expelem gases, emitem luz intensa e têm buracos negros supermassivos em seus centros. Aprenderemos sobre galáxias ativas a seguir.

Muito parecido com o som estridente de uma sirene de caminhão de bombeiros fica mais baixo conforme o caminhão se afasta, o movimento das estrelas afeta os comprimentos de onda da luz que recebemos delas. Este fenômeno é denominado Efeito Doppler. Podemos medir o efeito Doppler medindo as linhas no espectro de uma estrela e comparando-as ao espectro de uma lâmpada padrão. A quantidade de deslocamento Doppler nos diz quão rápido a estrela está se movendo em relação a nós. Além disso, a direção do deslocamento Doppler pode nos dizer a direção do movimento da estrela. Se o espectro de uma estrela for deslocado para a extremidade azul, a estrela está se movendo em nossa direção; se o espectro for deslocado para a extremidade vermelha, a estrela está se afastando de nós.

Galáxias Ativas

Quando você olha para uma galáxia normal, a maior parte da luz vem das estrelas em comprimentos de onda visíveis e é uniformemente distribuída por toda a galáxia. Contudo, se você observar algumas galáxias, você verá uma luz intensa vindo de seus núcleos. E se você olhar para essas mesmas galáxias no raio-X, ultravioleta, comprimentos de onda infravermelho e de rádio, eles parecem estar emitindo uma enorme quantidade de energia, aparentemente do núcleo. Estes são galáxias ativas , que representam uma porcentagem muito pequena de todas as galáxias. Existem quatro classificações de galáxias ativas, mas o tipo que observamos pode depender mais de nosso ângulo de visão do que de diferenças estruturais.

• Galáxias Seyfert
• Galáxias de rádio
• Quasares
• Blazars

Para explicar galáxias ativas, os cientistas devem ser capazes de explicar como eles emitem grandes quantidades de energia de áreas tão pequenas dos núcleos galácticos. A hipótese mais aceita é que no centro de cada uma dessas galáxias existe um buraco negro massivo ou supermassivo. Em torno do buraco negro é um disco de acreção de gás girando rapidamente que é cercado por um toro (um disco em forma de donut de gás e poeira). Conforme o material do disco de acreção cai na área ao redor do buraco negro (o Horizonte de eventos ), ele aquece a milhões de graus Kelvin e é acelerado para fora nos jatos.

Galáxias Seyfert

Descoberto por Carl Seyfert em 1943, essas galáxias (2 por cento de todas as galáxias espirais) têm amplos espectros indicando núcleos quentes, gás ionizado de baixa densidade. Os núcleos dessas galáxias mudam de brilho a cada poucas semanas, portanto, sabemos que os objetos no centro devem ser relativamente pequenos (aproximadamente do tamanho de um sistema solar). Usando desvios Doppler, astrônomos notaram que as velocidades no centro das galáxias Seyfert são cerca de 30 vezes maiores do que as das galáxias normais.

Galáxias de rádio

As galáxias de rádio são elípticas (0,01 por cento de todas as galáxias são galáxias de rádio). Seus núcleos emitem jatos de gás em alta velocidade (próximo à velocidade da luz) acima e abaixo da galáxia - os jatos interagem com campos magnéticos e emitem sinais de rádio.

Quasares (objetos quase estelares)

Os quasares foram descobertos no início dos anos 1960. Cerca de 13, 000 foram descobertos, mas pode haver até 100, 000 por aí [fonte:A Review of the Universe]. Eles estão a bilhões de anos-luz de distância da Via Láctea e são os objetos mais energéticos do universo. O brilho extremo dos quasares pode oscilar ao longo do dia, o que indica que a energia está vindo de uma área muito pequena. Milhares de quasares foram encontrados, e acredita-se que eles emanam dos núcleos de galáxias distantes.

Blazars

Os blazares são um tipo de galáxia ativa - cerca de 1, 000 foram catalogados [fonte:A Review of the Universe]. Do nosso ponto de vista, estamos olhando de frente para o jato que emana da galáxia. Como quasares, seu brilho pode flutuar rapidamente - às vezes em menos de um dia.

Dê uma olhada nos links na próxima página para mais informações sobre galáxias.

A maioria das galáxias tem baixas taxas de formação de novas estrelas - cerca de uma por ano. Contudo, galáxias starburst produzir mais de 100 por ano. Nesse ritmo, galáxias estelares usam todo o seu gás e poeira em cerca de 100 milhões de anos, o que é curto em comparação com os bilhões de anos em que a maioria das galáxias existe. Galáxias Starburst emitem sua luz intensa de uma pequena área de estrelas recém-formadas e supernovas. Então, os astrônomos pensam que as galáxias estelares representam uma fase curta em como as galáxias mudam e evoluem, talvez um estágio antes de se tornar uma galáxia ativa.

Originalmente publicado:7 de fevereiro, 2008

Galaxy FAQ

Quantas galáxias existem?

O que é uma galáxia?

Em que galáxia vivemos?

Quantas estrelas existem em uma galáxia?

Quais são os três tipos de galáxias?

Muito mais informações

Artigos do HowStuffWorks

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• Como funcionam os telescópios
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• Como funcionam os telescópios de espelho líquido lunar
• Se você movesse toda a matéria do universo para um canto, quanto espaço isso ocuparia?

Mais ótimos links

• Galaxy Evolution Explorer
• O que são galáxias?
• Galáxias e quasares ativos

Fontes

• Um mapa da Via Láctea. http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
• Uma Revisão do Universo - Estruturas, Evoluções, Observações, e teorias. http://universe-review.ca/F05-galaxy.htm
• Um Guia do Professor para o Universo. http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html.
• Bennett, J et al. "The Cosmic Perspective (terceira edição)." Pearson, 2004.
• Chandra X-ray Observatory - X-ray Astronomy Field Guide, Galáxias Starburst. http://chandra.harvard.edu/xray_sources/starburst.html
• Laboratório de Classificação e Evolução da Galáxia. http://cosmos.phy.tufts.edu/~zirbel/laboratories/Galaxies.pdf
• Henry, J. Patrick et al. "A evolução dos aglomerados de galáxias." Americano científico, Dezembro de 1998. http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
• NASA Imagine the Universe, Livro "The Hidden Lives of Galaxies". http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
• NASA Imagine the Universe, Galáxias e quasares ativos. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/active_galaxies.html
• NASA Imagine the Universe, Pôster The Hidden Lives of Galaxies. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/poster.jpg
• NASA / JPL Galaxy Evolution Explorer (GALEX). http://www.galex.caltech.edu/
• NASA / JPL GALEX. Galáxias e UV. http://www.galex.caltech.edu/SCIENCE/science.html
• Ciência @NASA. O que são galáxias? Como eles se formam e evoluem? http://science.hq.nasa.gov/universe/science/galaxies.html
• SEDS.org, Galáxias. http://www.seds.org/messier/galaxy.html
• Sementes, MA "Stars &Galaxies (segunda edição)." Brooks / Cole, 2001.
• Stephens, S. "Apostila de Classificação da Galáxia." http://www-tc.pbs.org/seeinginthedark/pdfs/galaxy_sorting_handout.pdf
• Departamento de Astronomia da Universidade de Washington. Aula "" Galáxias:Classificação, Formação, e Evolução. "http://www.astro.washington.edu/larson/Astro101/LecturesBennett/Galaxies/galaxies.html
• Windows para o Universo, Galaxies.http://www.windows.ucar.edu/cgi-bin/tour.cgi-link=/the_universe/Galaxy.html&sw=false&sn=1&d=/the_universe&edu=high&br=graphic&back=/pluto/pluto.html&cd=false&fr =f &tour =
• WMAP Cosmology 101:Do que é feito o universo? http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html