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A DESCOBERTA DAS GALÁXIAS
Durante muitos séculos, a Astronomia apenas se reduziu ao estudo das características do Sistema Solar, nomeadamente ao estudo do "movimento" do Sol, da Lua, dos planetas e de uma suposta esfera de estrelas.

Mesmo após a construção dos primeiros telescópios e da sua aplicação à Astronomia por Galileu, o Sistema Solar continuou a ser o único objecto de estudo dos astrónomos, como pode ser verificado pelas temáticas dos estudos de Copérnico, Kepler, Galileu e até mais tarde, do próprio Newton.

Por volta do século XVIII vários astrónomos já haviam observado, entre as estrelas, a presença de corpos extensos e difusos, aos quais denominaram "nebulosas". Hoje sabemos que diferentes tipos de objectos estavam agrupados sob esse termo, a maioria pertencendo à nossa própria Galáxia: nuvens de gás iluminadas por estrelas dentro delas, cascas de gás ejectadas por estrelas em estágio final de evolução estelar, aglomerados de estrelas. Mas alguns deles - as «nebulosas espirais» - eram galáxias individuais, como a nossa Via Láctea.


Figura 1 - M104, ou Galáxia do Sombrero, situada na constelação de Virgem, a 28 milhões de anos-luz.
Crédito: Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA)
 
Durante o século XVIII houveram bastantes rastreios de objectos nebulares, em particular por parte de astrónomos caçadores de cometas, destacando-se o de Charles Messier (1730-1818), que daria origem ao catálogo de "nebulosas" com o seu nome (Catálogo de Messier). Aqui, galáxias, nebulosas e enxames surgem misturados como se de um único grupo de objectos se tratasse.

O catálogo de Messier, datado de 1871, apresenta uma lista com cerca de 100 objectos nebulosos permanentes, que considerava constituídos por grupos de estrelas que em muitos casos não eram passíveis de ser individualizadas devido à falta de potência dos telescópios existentes. A identificação destes objectos luminosos efectuada por Messier não se destinava ao seu estudo, mas eram apenas uma listagem de objectos irritantes que poderiam ser confundidos com cometas, o real objecto de estudo de Messier.
Ao longo do século XIX foram sendo conhecidas muitas mais nebulosas, e já havia sido verificada a forma espiral de algumas delas. A primeira foi a famosa M51 (objecto 51 do catálogo de Messier), a galáxia Whirlpool.

A ideia generalizada de Laplace (1749-1827) para todos os tipos de objectos nebulares era de que estas seriam locais de formação estelar. Nesta época, galáxias, nebulosas e enxames estelares estavam todos englobados num único grupo de objectos nebulares, chamados simplesmente «nebulosas».

Um exemplo corrente da miscigenação associada ao termo "nebulosa" é o uso corrente da expressão Nebulosa de Andrómeda aplicado à Galáxia de Andrómeda. Embora a Galáxia de Andrómeda (M31) seja um objecto observável à vista desarmada, raramente é referida nas descrições do céu da era pré-telescópica, embora o relato mais antigo da sua observação seja do século X d.C. efectuado pelo árabe Al-Sufi por volta de 905 d.C. Sendo a galáxia mais brilhante visível no céu do hemisfério Norte, a galáxia M31 foi fulcral na definição das galáxias como estruturas extragalácticas da Via Láctea (a nossa Galáxia), como veremos adiante.

Figura 2 - Charles Messier (1730-1818).

 
Por seu lado, Emmanuel Kant (1724-1804), filósofo alemão, influenciado pelo astrónomo Thomas Wright (1711-1786), propôs pela primeira vez, por volta de 1755, que algumas nebulosas poderiam ser sistemas estelares semelhantes à nossa Galáxia, mas que se encontravam a distâncias tão grandes que não eram mais que uma nebulosidade difusa, pois as estrelas não seriam aparentemente mais do que grãos de pó brilhantes.

As primeiras imagens que tornam as galáxias em estruturas distintas das nebulosas são descritas por William Parsons, com um telescópio reflector de 72 polegadas em que descreve a estrutura em espiral de algumas nebulosas brilhantes, nomeadamente a M33, M51 e M101. Embora estes objectos já tivessem sido observados antes, os detalhes das estruturas nunca tinham sido vistos porque os espelhos utilizados até então não possuíam abertura suficiente para definir os pequenos detalhes e, por outro lado, existia um certo bloqueio mental à observação de estruturas que não são esperadas.

No entanto, as galáxias não foram reconhecidas como um tipo distinto de objecto nebular até aos finais do século XIX, altura em que os trabalhos de Huggins em espectroscopia no óptico revelaram que estes objectos possuíam um espectro contínuo distinto das nebulosas e do observado para os objectos estelares.

Com o início da utilização de chapas fotográficas, foram reveladas aos astrónomos uma enorme quantidade de estruturas em espiral, particularmente com os trabalhos por volta de 1900 de Keeler e Curtis. Neste trabalho, a espectroscopia no visível usada apresentava uma ausência de linhas de emissão, mostrando um espectro contínuo; as galáxias foram chamadas por este motivo de nebulosas brancas. Toda a discussão de Keeler e Curtis debatia as hipóteses de Laplace e Kant.


Figura 3 - Galáxia espiral M33, em Triângulo.
Crédito: Robert Gendler
 
Em 1885 uma supernova ocorrente na Galáxia de Andrómeda veio ainda confundir mais a comunidade astronómica, pois tal fenómeno nunca havia sido observado, mas era claro que este objecto era demasiado brilhante para ser uma simples Nova, se se tratasse de distâncias extragalácticas.

Até 1908, cerca de 15,000 nebulosas haviam sido catalogadas e descritas. Algumas haviam sido correctamente identificadas como aglomerados estelares, e outras como nebulosas gasosas. A maioria, porém, permanecia com uma natureza inexplicada. O problema maior era que a distância a elas era desconhecida, portanto não seria possível saber se elas pertenciam à nossa Galáxia ou não.

Dois dos maiores protagonistas nessa controvérsia foram Harlow Shapley (1885-1972), do Observatório Monte Wilson, e Heber Doust Curtis (1872-1942), do Observatório Lick, ambos nos Estados Unidos. Shapley defendia que as nebulosas espirais eram objectos da nossa Galáxia, e Curtis defendia a ideia oposta, de que as espirais eram corpos extragalácticos e seriam "Universos-ilha" como a Via Láctea. A discussão culminou num famoso debate em Abril de 1920, frente à Academia Nacional de Ciências. Mas o debate não resolveu a questão.

 

Figura 4 - Harlow Shapley (1885-1972).

Figura 5 - Heber Doust Curtis (1872-1942)..
 

Figura 6 - A Grande Nuvem de Magalhães.
Crédito: Loke Kun Tan (StarryScapes)
Embora tivesse algumas incorrecções nomeadamente na definição das escala galáctica e extragaláctica, alguns dos aspectos focados por Curtis estavam correctos, nomeadamente quando dizia que "as nebulosas brancas ocorrem fora do plano galáctico ao contrário do que ocorre com outros objectos nebulares (aqueles que hoje chamamos nebulosas)" e que "alguns que são vistos de perfil são muito parecidos com a visão que temos da Via Láctea no céu".

O estudo de estrelas nas Nuvens de Magalhães (realizado por Henrietta Swan Leavitt e Annie Canon) criou as condições para medir as distâncias a que se encontravam as galáxias nomeadamente através da relação período-luminosidade das estrelas variáveis Cefeidas.

Já por volta de 1910, V.M. Slipher obtivera espectros de algumas galáxias que demonstravam grandes velocidades radiais de afastamento. Estas velocidades eram as maiores velocidades jamais detectadas até à época e foram a primeira evidência da dinâmica do Universo extragaláctico. Estas velocidades pareciam evidenciar que as galáxias não estariam dinamicamente ligadas ao resto da nossa Galáxia.

Apenas em 1923 Edwin Powell Hubble (1889-1953) proporcionou a evidência definitiva para considerar as "nebulosas espirais" como galáxias independentes, ao identificar uma Cefeida na "nebulosa" de Andrómeda (M31) e que lhe permitiu estabelecer a distância a essa galáxia.

 

Figura 7 - Uma cefeida na galáxia IC4182, observada pelo telescópio Hubble.
Crédito: HST/NASA
 
A partir da relação conhecida entre período e luminosidade das Cefeidas da nossa Galáxia, e do brilho aparente das Cefeidas de Andrómeda, Hubble pôde calcular a distância entre esta e a Via Láctea, obtendo um valor que era cerca de metade daquele que hoje se aceita. A determinação de Hubble foi incorrecta pois não se apercebeu na altura da existência de dois tipos de cefeidas. O valor que hoje se aceita e que foi possível obter usando o telescópio de 200" de Monte Palomar é de pouco mais de 2.2 milhões de anos-luz (na realidade 765 kpc).

De qualquer forma, o valor obtido por Hubble situava Andrómeda bem além dos limites da nossa Galáxia, que tem 100 mil anos-luz de diâmetro. Ficou assim provado que Andrómeda era um sistema estelar independente.

Nos tempos que se seguiram, Hubble, usando o telescópio reflector de 100" (2.5m) de Mt. Wilson encontrou cefeidas no que são agora conhecidas como galáxias do Grupo Local - M33, IC 1613 e, claro, M31 - e estabeleceu que estavam tão distantes que tinham de ser sistemas não relacionados, quer entre si quer com a Via Láctea. Os resultados de Hubble sobre Cefeidas foram publicados na revista científica Astrophysical Journal, nomeadamente em ApJ 62, 409 (1925) para NGC 6822; ApJ 63, 236 (1926) para M33; e ApJ 69, 103 (1929) para M31.


Figura 8 - M31, a galáxia de Andrómeda.
Crédito: Robert Gendler
 
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