As atuais galáxias de disco contêm frequentemente um disco exterior espesso e repleto de estrelas e um disco fino e incorporado de estrelas. Por exemplo, o disco espesso da nossa Galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 3000 anos-luz de altura e o seu disco fino tem cerca de 1000 anos-luz de espessura.

Como e porque é que se forma esta estrutura de disco duplo? Ao analisar dados de arquivo de vários programas de observação do Telescópio Espacial James Webb da NASA, uma equipa de astrónomos está mais perto de obter respostas, bem como de compreender as origens das galáxias de disco em geral.

A equipa identificou cuidadosamente, verificou visualmente e analisou uma amostra estatística de 111 galáxias de disco vistas de lado em vários períodos - até há 11 mil milhões de anos atrás (ou aproximadamente 2,8 mil milhões de anos após o Big Bang). É a primeira vez que os cientistas investigam estruturas de discos espessos e finos a distâncias tão vastas, fazendo a ponte entre os observadores que investigam o Universo primitivo e os arqueólogos galácticos que procuram compreender a história da nossa própria Galáxia.

"Esta medição única da espessura dos discos com um elevado desvio para o vermelho, ou em alturas do início do Universo, é uma referência para o estudo teórico que só foi possível com o Webb", disse Takafumi Tsukui, autor principal do artigo científico e investigador da Universidade Nacional Australiana em Camberra. "Normalmente, as estrelas mais velhas do disco espesso são ténues, e as estrelas jovens do disco fino ofuscam toda a galáxia. Mas com a resolução do Webb e a sua capacidade única de ver através da poeira e de destacar as estrelas velhas e ténues, podemos identificar a estrutura de dois discos das galáxias e medir a sua espessura separadamente".

Dados do disco espesso e do disco fino

Ao analisar estes 111 alvos ao longo do tempo cosmológico, a equipa conseguiu estudar galáxias de disco simples e galáxias de disco duplo. Os resultados indicam que as galáxias formam primeiro um disco espesso, seguido de um disco fino. O momento em que isto acontece depende da massa da galáxia: galáxias de massa elevada e de disco simples transitaram para estruturas de dois discos há cerca de 8 mil milhões de anos. Em contraste, as galáxias de baixa massa e de disco único formaram os seus discos finos incorporados mais tarde, há cerca de 4 mil milhões de anos.

"Esta é a primeira vez que é possível resolver discos estelares finos a um desvio para o vermelho mais elevado. O que é realmente novo é descobrir quando é que os discos estelares finos começam a surgir", disse Emily Wisnioski, coautora do artigo científico e da Universidade Nacional Australiana em Camberra. "Ver discos estelares finos, já formados há 8 mil milhões de anos, ou mesmo antes, foi surpreendente".

Uma época turbulenta para as galáxias

Para explicar esta transição de um disco único e espesso para um disco espesso e um disco fino, e a diferença de tempo entre as galáxias de alta e baixa massa, a equipa olhou para além da sua amostra inicial de galáxias vistas de lado e examinou dados que mostram o gás em movimento do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e de levantamentos terrestres.

Ao tomar em consideração o movimento dos discos de gás das galáxias, a equipa descobriu que os seus resultados se alinham com o cenário do "disco de gás turbulento", uma das três principais hipóteses que têm sido propostas para explicar o processo de formação de discos espessos e finos. Neste cenário, um disco de gás turbulento no Universo primitivo dá origem a uma intensa formação estelar, criando um disco estelar espesso. À medida que as estrelas se formam, elas estabilizam o disco de gás, que se torna menos turbulento e, como resultado, mais fino.

Uma vez que as galáxias massivas podem converter gás em estrelas de forma mais eficaz, assentam mais cedo do que as suas congéneres de baixa massa, resultando na formação mais precoce de discos finos. A equipa nota que a formação de discos espessos e discos finos não são eventos isolados: o disco espesso continua a crescer à medida que a galáxia se desenvolve, embora seja mais lento do que o ritmo de crescimento do disco fino.

Como isto é aplicável à "nossa casa"

A sensibilidade do Webb permite aos astrónomos observar, pela primeira vez, galáxias mais pequenas e mais ténues, análogas à nossa, em épocas precoces e com uma clareza sem precedentes. Neste estudo, a equipa observou que o período de transição de um disco espesso para um disco duplo espesso e fino coincide aproximadamente com a formação do disco fino da Via Láctea. Com o Webb, os astrónomos poderão continuar a investigar progenitoras semelhantes à Via Láctea - galáxias que teriam antecedido a Via Láctea - o que poderá ajudar a explicar a história da formação da nossa Galáxia.

No futuro, a equipa tenciona incorporar outros dados na sua amostra de galáxias vistas de lado.

"Embora este estudo distinga estruturalmente discos finos e espessos, ainda há muito mais que gostaríamos de explorar", disse Tsukui. "Queremos acrescentar o tipo de informação que normalmente se obtém para as galáxias próximas, como o movimento estelar, a idade e a metalicidade. Ao fazê-lo, podemos fazer a ponte entre os conhecimentos de galáxias próximas e distantes e aperfeiçoar a nossa compreensão da formação dos discos".

Estes resultados foram publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)

Quer saber mais?

Galáxia de disco:
Wikipedia
Disco espesso (Wikipedia)
Disco fino (Wikipedia)

Formação e evolução galáctica:
Wikipedia

Via Láctea:
CCVAlg - Astronomia
Wikipedia
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