Galáxias: as grandes ilhas de estrelas do Universo

O que é uma galáxia

Uma galáxia é um sistema mantido unido pela gravidade, formado por estrelas, nuvens de gás, poeira e uma quantidade ainda maior de matéria que não emite luz. As menores reúnem alguns milhões de estrelas. As maiores podem passar de um trilhão.

O salto de escala é difícil de imaginar. Se o Sistema Solar inteiro tivesse o tamanho de uma moeda, a Via Láctea ocuparia a área de um país. Entre uma galáxia e outra há vazios imensos, e ainda assim o Universo observável abriga um número de galáxias estimado em centenas de bilhões.

Durante séculos, as galáxias distantes apareciam nos catálogos apenas como manchas difusas, chamadas de nebulosas. Só na década de 1920 ficou demonstrado que algumas dessas manchas estavam muito além da Via Láctea, e o Universo cresceu de repente na cabeça dos astrônomos.

Hoje sabemos que galáxias não são objetos estáticos: elas giram, colidem, se fundem e às vezes param de formar estrelas por bilhões de anos.

A Via Láctea vista de dentro

Nossa galáxia é a única que observamos por dentro, e isso é ao mesmo tempo uma vantagem e um problema. Vemos suas estrelas de perto, mas não conseguimos fotografá-la de fora, como fazemos com as outras.

A faixa esbranquiçada que atravessa o céu em noites escuras é o disco da Via Láctea visto de perfil: a soma de bilhões de estrelas fracas demais para serem separadas a olho nu.

Décadas de observações, boa parte delas em ondas de rádio e infravermelho, capazes de atravessar a poeira, revelaram a estrutura geral: um disco espiral com uma barra central, braços onde nascem estrelas novas, um bulbo denso no meio e um halo esférico muito mais extenso.

As estimativas atuais apontam um disco com algo em torno de 100 mil anos-luz de diâmetro e uma população de 100 a 400 bilhões de estrelas. São números aproximados, que mudam conforme novos levantamentos mapeiam regiões antes escondidas.

Onde estamos dentro dela

O Sol não ocupa posição especial. Ele fica no disco, a uma distância estimada em cerca de 26 mil anos-luz do centro galáctico, num trecho entre dois braços maiores.

Nessa posição, o Sistema Solar viaja a algo próximo de 220 km por segundo e completa uma volta em torno do centro em aproximadamente 230 milhões de anos. Ou seja: desde que os primeiros dinossauros apareceram, o Sol deu pouco mais de uma volta na galáxia.

No centro, escondido por espessas camadas de poeira, existe um buraco negro supermassivo com massa estimada em cerca de 4 milhões de vezes a do Sol, conhecido como Sagitário A*. Sua presença foi deduzida pelo movimento rápido das estrelas ao seu redor.

Do Brasil, a direção do centro galáctico fica alta no céu durante o inverno, entre Sagitário e Escorpião. É o trecho mais rico e brilhante de toda a faixa leitosa.

Espirais, elípticas e irregulares

Na década de 1920, Edwin Hubble propôs um esquema de classificação pela forma que continua em uso, com adaptações. Ele separa as galáxias em três grandes famílias.

• Espirais: disco achatado com braços, muito gás e formação ativa de estrelas. Muitas, como a nossa, têm uma barra central
• Elípticas: forma arredondada ou alongada, pouco gás e estrelas predominantemente velhas e avermelhadas
• Irregulares: sem simetria clara, em geral menores e frequentemente deformadas pela influência de vizinhas maiores

Existe ainda um tipo intermediário, as lenticulares, com disco mas sem braços visíveis. Vale um aviso: o esquema descreve aparências, não uma linha de evolução. Uma espiral não amadurece até virar elíptica de forma natural.

O que as observações sugerem é outra história, mais movimentada. Grandes elípticas parecem resultar de fusões entre galáxias, processos que embaralham as órbitas das estrelas e consomem o gás disponível, encerrando o nascimento de novas estrelas.

O Grupo Local e as vizinhas do céu do sul

A Via Láctea não está sozinha. Ela integra o Grupo Local, um conjunto de mais de oitenta galáxias dominado por duas gigantes: a nossa e Andrômeda, catalogada como M31, a cerca de 2,5 milhões de anos-luz.

Andrômeda se aproxima de nós a mais ou menos 110 km por segundo. As estimativas mais citadas apontam um encontro em algo como 4 bilhões de anos, embora análises recentes mostrem incerteza maior do que se supunha. Se ocorrer, colisões entre estrelas seriam raríssimas: há espaço vazio de sobra entre elas.

Quem observa do Brasil tem acesso a duas vizinhas irregulares que o hemisfério norte não vê. A Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães aparecem a olho nu, em céus escuros, como manchas suaves de luz.

Elas estão a distâncias estimadas em cerca de 160 mil e 200 mil anos-luz, respectivamente, e mostram sinais claros de deformação causada pela gravidade da Via Láctea.

Curvas de rotação e matéria escura

Nos anos 1970, medidas detalhadas da rotação de galáxias espirais trouxeram uma surpresa desconfortável. Pela física conhecida, estrelas nas bordas deveriam girar mais devagar que as centrais, como acontece com os planetas em relação ao Sol.

Não é o que se observa. As velocidades permanecem altas até muito longe do centro, o que só faz sentido se houver bem mais massa do que a matéria luminosa explica. A hipótese dominante é a matéria escura: algo que exerce gravidade, mas não emite luz de forma detectável.

As estimativas atuais indicam que a matéria escura responde por cerca de 85% de toda a matéria do Universo. A matéria comum, feita dos átomos que compõem estrelas, planetas e pessoas, é minoria.

Nada disso significa que o problema está resolvido. Nenhuma partícula de matéria escura foi detectada em laboratório até agora, e há físicos investigando alternativas que modificam a própria lei da gravidade em escalas galácticas.

Aglomerados e a teia cósmica

Galáxias gostam de companhia. Grupos como o nosso se juntam em aglomerados com centenas ou milhares de membros, mergulhados em gás quentíssimo que brilha em raios X.

O aglomerado mais próximo de porte considerável fica na direção da constelação de Virgem, a uma distância estimada em algumas dezenas de milhões de anos-luz. Sua gravidade influencia o movimento de todo o Grupo Local.

Em escalas ainda maiores, os levantamentos que mapeiam milhões de galáxias revelaram um padrão inesperado e belíssimo. A matéria se distribui em filamentos e paredes, separados por vazios enormes e quase desertos. Essa arquitetura ganhou o nome de teia cósmica.

A comparação que funciona é a de uma espuma: as galáxias se acumulam nas paredes das bolhas, e o interior fica quase vazio. Simulações indicam que essa estrutura cresceu a partir de pequenas irregularidades do Universo jovem, amplificadas pela gravidade.

Expansão, desvio para o vermelho e quasares

Ao analisar a luz de galáxias distantes, os astrônomos notaram que suas linhas espectrais aparecem deslocadas para comprimentos de onda maiores. É o desvio para o vermelho, e ele é tanto maior quanto mais distante está a galáxia.

A interpretação aceita é que o próprio espaço se expande, esticando a luz durante a viagem. Não é que as galáxias fujam de nós: a expansão acontece em todo lugar, sem centro. É como marcar pontos numa massa de pão que cresce no forno.

Essa expansão, combinada com outras evidências, leva a uma idade estimada em cerca de 13,8 bilhões de anos para o Universo.

Algumas galáxias distantes brilham de maneira desproporcional ao número de estrelas que têm. São as galáxias ativas, e os quasares são seu caso extremo. A explicação envolve buracos negros supermassivos devorando matéria: o material aquecido ao redor deles chega a superar em luz toda a galáxia hospedeira.