Quando pensamos em galáxias, costumamos imaginá-las como discos de estrelas girando no espaço; no entanto, a realidade é outra. As galáxias vivem em vizinhanças cósmicas, formando grupos com centenas de outras galáxias unidas pela gravidade, chamados de aglomerados de galáxias. Esses grandes aglomerados costumam ter uma galáxia dominante, com um buraco negro supermassivo em seu núcleo.
Esses buracos negros não são apenas uma espécie de aspirador que absorve tudo o que está ao seu redor, mas também liberam plasma a velocidades próximas à da luz, o que lhes permite aquecer e deslocar o gás ao redor. Um gás que está a milhões de graus e emite raios X, formando tipo um balé cósmico, no qual matéria e energia se entrelaçam para formar galáxias.
Esse fenômeno levantou uma questão para a astronomia, pois, ao estudar a composição química do gás quente, descobriu-se que a mistura de elementos é bem parecida com a do nosso Sol. Isso é conhecido como o "paradoxo solar".
Na Universidade de Santiago, a Dra. Valeria Olivares, acadêmica do Departamento de Física, lidera um projeto Fondecyt Regular que visa compreender por que esse paradoxo ocorre e quais processos físicos e químicos estão por trás dele. Sua pesquisa propõe desvendar como o gás quente no centro dos aglomerados adquire essa composição tão parecida com a do Sol e como essas interações afetam a formação e a evolução de galáxias como a nossa, a Via Láctea.
"Resolver esse enigma ajudaria a compreender melhor a história química das galáxias. Nesse sentido, o projeto visa compreender a formação e a evolução das galáxias e os efeitos de fenômenos como a atividade dos buracos negros supermassivos no seu desenvolvimento", explica a Dra. Olivares.
Esse mistério ganha ainda mais relevância com as descobertas recentes do telescópio espacial James Webb, que encontrou galáxias muito massivas e ricas em metais em um universo jovem, apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, um período curto, considerando a idade do universo. Essas descobertas desafiam os modelos atuais de formação galáctica e levantam novas questões sobre os processos que permitiram seu rápido crescimento.
"Se conseguirmos compreender como funcionam esses ambientes no universo local, podemos encontrar pistas sobre como se formaram essas galáxias tão grandes e ricas em metais tão cedo na história do cosmos, o que pode ajudar a conhecer mais a história do universo", comenta.
Para alcançar esse objetivo, o projeto aproveitará observações em diferentes comprimentos de onda e com tecnologias de última geração, combinando informações que não podem ser obtidas com apenas um instrumento. Para estudar o gás quente ao redor dessas galáxias, serão utilizados satélites de raios X, como o Chandra e o XMM-Newton, que orbitam fora da atmosfera terrestre, já que a radiação de raios X é bloqueada pela atmosfera.
Esses satélites podem observar o gás a temperaturas de milhões de graus e revelar quais elementos químicos ele contém, graças à análise de sua luz. Além disso, contarão com o novo satélite XRISM, que permitirá medir com mais precisão e detalhe a composição química desse gás, identificando elementos como ferro, oxigênio e silício, fundamentais para compreender sua história.
Por outro lado, para estudar as galáxias centrais e suas populações estelares, será utilizado o instrumento MUSE, instalado no Very Large Telescope (VLT), na Região de Antofagasta, no Chile, um dos observatórios mais potentes do mundo. Este instrumento permite decompor a luz das galáxias como se fosse um arco-íris extremamente detalhado, o que possibilita analisar quais metais estão presentes em suas estrelas e como elas se movem dentro da galáxia.
Ao comparar a composição química do gás quente com a das estrelas, a equipe poderá reconstruir essa história, aproveitando as condições únicas do céu chileno para entender como esses componentes se misturam e se enriquecem, obtendo assim pistas sobre os processos que deram forma a galáxias como a Via Láctea.
"O Chile tem um papel-chave neste projeto. Nossos céus estão entre os mais limpos do mundo, e o VLT, no norte do país, é uma ferramenta fundamental para realizar esse tipo de observação. Vamos poder comparar a composição química do gás quente com a das estrelas na galáxia central para observar como elas se alimentam e se enriquecem mutuamente", explica Valeria Olivares.
Grupos menores de galáxias
O projeto também dará especial atenção aos grupos menores de galáxias, onde as interações e fusões de galáxias são muito mais comuns. Ao contrário dos aglomerados massivos, nesses grupos as galáxias têm menos espaço entre si, o que facilita encontros, fusões e a mistura de gás e metais que podem originar novas estrelas.
"Esses choques e interações podem deslocar o gás, resfriá-lo, formar novas estrelas ou até mesmo alimentar o buraco negro central. Tudo isso deixa sinais na composição química do sistema. Compreender esses processos permitirá ter uma visão muito mais completa de como as galáxias se formam e evoluem, incluindo a Via Láctea", comenta a pesquisadora.
Além da pesquisa científica, o projeto visa formar novas gerações de astrônomos, pois contempla a participação de estudantes de graduação e pós-graduação, envolvidos na redução e na análise de dados e no planejamento das observações.
"Para mim, é muito importante que isso não seja apenas um avanço no conhecimento, mas também uma oportunidade para formar estudantes. Queremos deixar um legado que permita continuar pesquisando essas questões e que fortaleça a astronomia no Chile", conclui a pesquisadora.