Reino das galáxias: A forquilha de galáxias de Hubble

Terceiro capítulo da série "O Reino das Galáxias"
Domingos Sávio de Lima Soares
  
26 de setembro de 2007 (publicado originalmente no site do autor)
 

O astrônomo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953) demonstrou cientificamente, na década de 1920, que o nosso sistema estelar --- denominado "sistema da Via Láctea", ou simplesmente "Galáxia", com "g" maiúsculo --- não era único. Existem, portanto, outras "galáxias" no universo. Hoje, já sabemos que elas são contadas aos bilhões! O universo é muito grande!

As galáxias são constituídas por estrelas. Entre as estrelas, existe também muito gás (especialmente hidrogênio, o elemento químico mais abundante em todo o universo) e muita "poeira", que são aglomerados de partículas de dimensões muito maiores do que as mais simples das moléculas. As partículas mais comuns da poeira interestelar são fragmentos microscópicos de grafite --- carbono --- e macromoléculas orgânicas. O gás e a poeira formam as nuvens interestelares. Algumas galáxias possuem mais nuvens interestelares do que outras, como veremos a seguir.
O Sol, a nossa estrela, é uma entre as bilhões --- mais uma vez, bilhões! --- de estrelas da Via Láctea. Para nós, habitantes do planeta Terra, ela é a mais importante de todas, pois pertencemos ao sistema solar, um conjunto de planetas, asteróides, cometas, etc, que a acompanha. O sistema solar é um conjunto de corpos celestes ligados pela força gravitacional e foi formado a partir do mesmo material cósmico contido em uma nuvem interestelar.
A partir do momento em que Hubble demonstrou a existência das galáxias abriu-se uma nova área de pesquisa astronômica: a Astronomia Extragaláctica, isto é, o estudo sistemático das "outras" galáxias, que são, obviamente, externas à nossa Galáxia. O próprio Hubble tornou-se imediatamente um dos maiores expoentes deste novo ramo da ciência.
Um dos seus primeiros trabalhos foi fazer um levantamento fotográfico das galáxias. Ele utilizou para isto o telescópio refletor situado no Monte Wilson, localizado próximo à cidade de Los Angeles, no estado norte-americano da Califórnia. O telescópio refletor de Monte Wilson fora inaugurado em 1917 e, com ele, Hubble havia feito feito a descoberta das galáxias. Possui um enorme espelho curvo, de 2,5 m de diâmetro, o qual é o principal elemento óptico para a detecção da luz. Vasculhou então os céus em busca das galáxias, fotografando-as com o objetivo de confeccionar um atlas de galáxias para realizar investigações posteriores.
Uma destas investigações relacionava-se a uma classificação das galáxias relativamente à sua aparência, em outras palavras, à forma que apresentavam quando observadas no plano do céu. Tratava-se, portanto, da realização de uma "classificação morfológica" --- das formas --- das galáxias. Este procedimento, à propósito, é bastante comum na Biologia, onde se faz, por exemplo, a classificação morfológica dos seres vivos.
Pois bem, Hubble conseguiu descobrir uma regularidade extraordinária entre as inúmeras fotografias de galáxias que havia colecionado. Esta regularidade foi representada num diagrama que tornou-se conhecido como a "forquilha de Hubble", e foi publicada pela primeira vez em seu livro de 1936 intitulado "The Realm of the Nebulae", ou, "O Reino das Nebulosas". No cabo da forquilha, Hubble colocou as galáxias denominadas "elípticas", porque apresentavam um contorno de formato elíptico, ou seja, com a forma de um círculo achatado. Na extremidade estavam as galáxias elípticas E0, que não apresentavam achatamento algum. O seu contorno era circular. O círculo nada mais é do que uma elípse sem achatamento. A seguir, à medida que aumentava o achatamento, aumentava o algarismo colocado à direita da letra "E", até E7, que era a galáxia "mais" elíptica por ele catalogada. As galáxias elípticas são na verdade elipsóides --- esferas achatadas --- projetadas no plano do céu, aparentando, assim, serem figuras bidimensionais com contorno elíptico. Estes elipsóides são constituídos principalmente por estrelas, em constante movimento e que estão presas umas às outras por suas atrações gravitacionais mútuas. As galáxias elípticas possuem, em geral, pouco gás e pouca poeira interestelar.

A forquilha de galáxias de Hubble. No cabo da forquilha estão as galáxias elípticas e lenticulares e nas bifurcações estão as galáxias espirais "normais" e barradas.

As bifurcações da forquilha de Hubble contém as galáxias "espirais", assim denominadas por possuírem os chamados "braços espirais". Eles são estruturas que espiralam em torno do núcleo central das galáxias. Estas galáxias são representadas pela letra "S", que é a primeira letra da palavra inglesa "spiral", que significa espiral. É notável a semelhança das galáxias espirais com redemoinhos, os quais podemos encontrar em nossa vida diária nos furacões, fogos de artifício giratórios, redemoinhos da água que se escoa numa pia, etc. Hubble notou que havia dois tipos de galáxias espirais, que correspondem às bifurcacões. Haviam as galáxias espirais ditas "normais", nas quais os bracos destacavam-se diretamente do núcleo da galáxia. E haviam as galáxias espirais "barradas", nas quais os braços emanavam de uma estrutura semelhante a uma barra, uma estrutura central linear sobreposta ao núcleo propriamente dito. Este segundo tipo foi representado pelas letras "SB", onde a letra "B" siginfica "barrada". Além disso, tanto nas espirais normais quanto nas espirais barradas, os braços poderiam estar mais ou menos enrolados, relativamente às regiões centrais. Para diferenciar o grau de enrolamento dos braços, Hubble introduziu a subclassificação a, b e c. A letra "a" representa as galáxias que têm os braços mais fortemente enrolados. O vigor do enrolamento dos braços diminui progressivamente até as galaáxias espirais do tipo "c", as quais têm os braços mais soltos. Temos então as galáxias espirais normais, isto é, sem barra, Sa, Sb e Sc, e as galáxias espirais barradas SBa, SBb e SBc. Mas a característica mais importante das espirais é a de que elas, ao contrário das elípticas, são estruturas estelares no formato de um disco. As estrelas, o gás e a poeira se distribuem numa estrutura na forma de um disco. Uma ilustração bastante apropriada para representar uma galáxia de disco é um ovo frito! A gema representa a região central da galáxia e a clara representa a região onde se localizam os braços espirais. A região central recebe o nome de "núcleo" e a região onde se localizam os braços espirais recebe o nome de "disco". Há ainda o "halo", uma região esférica e muito maior, que envolve o núcleo e o disco. No halo existem estrelas e aglomerados de estrelas. As galáxias espirais possuem muito gás e muita poeira interestelar, que se distribuem predominantemente em nuvens. A poeira e o gás se localizam nos braços espirais e constituem a matéria-prima de que são feitas as estrelas. As estrelas são formadas a partir de nuvens interestelares que colapsam sob a ação de seu próprio peso! O Sol foi formado desta maneira há mais de 5 bilhões de anos!

Galáxia espiral do tipo Sc, localizada a aproximadamente 20 milhões de anos-luz. A imagem foi obtida pelo Telescópio Espacial Hubble, em janeiro de 2005, utilizando um mosaico de dois detectores CCD, semelhantes aos usados nas populares câmeras digitais. O mosaico tem um total de 17 Megapíxeis. Esta galáxia é conhecida como a "Galáxia do Redemoinho" ("Whirlpool Galaxy", em inglês). O seu nome de catálogo é M51. Ela possui uma galáxia companheira, menor, que aparece à direita, na imagem.

No vértice da bifurcação da forquilha de Hubble localizam-se as galáxias "lenticulares", que são parecidas com as espirais --- possuem núcleo, disco e halo ---, mas não possuem braços espirais. Elas são representadas pela letra "S" seguida de um "0", ou seja, "S0". O seu nome está relacionado com a sua forma, que é aproximadamente a de uma lente. As galáxias lenticulares, como as elípticas, possuem muito pouco gás e poeira interestelares.
A Via Láctea é uma galáxia espiral! Ela é muito aproximadamente uma galáxia Sbc, a meio caminho entre uma Sb e uma Sc. Existem, também, estudos observacionais que defendem a existência de uma barra na Via Láctea.
As imagens que aqui ilustram alguns tipos de galáxias foram todas obtidas com detectores denominados "CCD", os mesmos que são utilizados nas câmeras digitais, tão populares nestes dias. Os detectores CCD são dispositivos eletrônicos que substituem com grande vantagem o filme fotográfico. Estes detectores foram desenvolvidos no início da década de 1980 pelos astrônomos! Naquela época não havia ainda nenhuma perspectiva de aplicaçao destes detectores na vida diária de todos nós. Esta é, portanto, uma excelente ilustração de como um desenvolvimento tecnológico, inicialmente de carácter puramente acadêmico e científico, transforma-se, com o passar do tempo, em algo fortemente presente no nosso cotidiano. Existem inúmeros outros exemplos na história da ciência.

A galáxia que está abaixo do centro da imagem é uma galáxia elíptica, localizada a 25 milhões de anos-luz. O seu tipo morfológico é E2. Esta imagem foi obtida em março de 1991, no Observatório do Pico dos Dias (OPD), em Brazópolis, Sul de Minas, por mim e por meu colega da Universidade de São Paulo, Ronaldo E. de Souza. Utilizamos um detector CCD de 0,2 Megapixel. As cores que aparecem na imagem são artificiais. O nome de catálogo desta galáxia é NGC 3819. Note a presença de duas galáxias-satélites anãs, um pouco acima e à direita de NGC 3819. Esta galáxia foi estudada por Paulo Márcio Villaça Veiga em sua dissertação de mestrado realizada no Departamento de Física da UFMG e defendida em 1996. O OPD é operado pelo Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA), localizado em Itajubá, MG. O LNA é um instituto de pesquisa do Ministério da Ciencia e Tecnologia.

Publicado originalmente no site do professor Domingos Soares
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