Uma equipa de astrónomos, utilizando um supercomputador da Universidade de Yale, determinou pela primeira vez que as galáxias em ambientes mais densos são até 25% maiores do que as suas congéneres em regiões menos densas do Universo.

O achado, que resultou do desenvolvimento anterior, pelos investigadores, de um enorme catálogo das formas e tamanhos de 8 milhões de galáxias, fornece uma visão abrangente da ligação entre a estrutura de uma galáxia e o ambiente em que existe.

Os investigadores dizem que a descoberta pode também fornecer uma nova ferramenta útil para analisar grandes conjuntos de dados da próxima geração de levantamentos astronómicos.

"Este é um passo importante na resolução de décadas de resultados contraditórios sobre este tema", disse Aritra Ghosh, um antigo aluno de doutoramento em Yale que é agora pós-doutorado na Universidade de Washington e autor principal de um novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal. Ghosh é também investigador visitante em Yale.

As novas descobertas foram possíveis graças ao software GaMPEN (Galaxy Morphology Posterior Estimation Network), uma ferramenta de aprendizagem de máquina que a equipa de investigação desenvolveu especificamente para processar rapidamente grandes volumes de dados de imagens astronómicas. O GaMPEN também estima as incertezas dos parâmetros estruturais das galáxias que prevê. Os investigadores afirmaram que, neste aspeto, é cerca de 60% mais preciso do que as alternativas mais avançadas atualmente utilizadas pelos astrónomos.

O GaMPEN pode determinar a estrutura de uma única galáxia em menos de um milissegundo.

Usando a ferramenta, os investigadores criaram um catálogo das formas e tamanhos de 8 milhões de galáxias encontradas no HSC SSP (Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program), um levantamento de 1400 graus quadrados do céu feito pelo Telescópio Subaru no Hawaii. Este trabalho foi publicado na revista The Astrophysical Journal em 2023.

"Nós divulgamos publicamente todos os nossos modelos e catálogos de aprendizagem de máquina", disse Ghosh. "Este é um recurso incrivelmente valioso, já que a estrutura das galáxias foi encontrada intrinsecamente ligada a uma ampla variedade de propriedades físicas de uma galáxia e dos seus arredores, como o ritmo de formação estelar, a presença e atividade de buracos negros supermassivos e o ambiente de uma galáxia".

"A nossa abordagem de aprendizagem de máquina é ideal para os enormes levantamentos atuais, e o nosso primeiro artigo científico foi único ao fornecer medições quantitativas e incertezas, já para não falar da análise de 8 milhões de galáxias", acrescentou Meg Urry, professora de física e astronomia na Faculdade de Artes e Ciências de Yale e coautora de ambos os estudos. Urry, diretora do Centro de Astronomia e Astrofísica de Yale, foi a orientadora do doutoramento de Ghosh.

O novo estudo da equipa utiliza o GaMPEN para começar a responder a questões complexas e essenciais sobre a forma como as galáxias se formam e evoluem.

O estudo, que se centrou num subconjunto de 3 milhões de galáxias do HSC SSP, descobriu que as galáxias em partes mais densas do Universo são 25% maiores do que as galáxias com uma massa e forma semelhantes em regiões menos densas.

"Podemos fazer isto porque a nossa amostra é 100 a 10.000 vezes maior do que todos os estudos anteriores e incorpora galáxias muito mais fracas do que os estudos anteriores conseguiram incluir", disse Ghosh. "Mostramos que, embora os quadros teóricos existentes possam explicar algumas das correlações observadas, não existe um quadro único e unificado que possa explicar todos os nossos resultados."

A descoberta também é importante, disseram os investigadores, porque a estrutura das galáxias é um indicador da distribuição da matéria bariónica (protões, neutrões e outra matéria visível), enquanto a densidade ambiental das galáxias é influenciada pela distribuição dos halos de matéria escura em que as galáxias vivem.

"As galáxias evoluem ao longo do tempo e as suas propriedades dependem da massa, do tamanho e de outras variáveis", disse Urry. "Ao analisar amostras muito grandes, desagregadas por estas variáveis, conseguimos detetar o aumento do tamanho das galáxias com a densidade ambiental - algo que não era claro em estudos mais pequenos."

Os investigadores disseram que também obtiveram vantagens devido ao "Grace" - um conjunto de computadores em rede, operados pelo Centro de Computação de Investigação da Universidade de Yale. "Este trabalho foi realizado inteiramente com o Grace e teria sido impossível sem ele", disse Ghosh.

// Universidade de Yale (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Artigo científico de 2023 por Ghosh et al. (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Formação e evolução das galáxias:
Wikipedia

GaMPEN (Galaxy Morphology Posterior Estimation Network):
GitHub
Página de Aritra Ghosh

HSC SSP (Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program):
Página principal

Grace:
Universidade de Yale

Telescópio Subaru:
NAOJ
Wikipedia